Estos dispositivos podrían monitorear virus o la biodiversidad, pero el potencial mal uso plantea cuestiones éticas.
por Shelly Fan
Un majestuoso lince rojo paseaba por los bosques costeros de Florida. Cerca de allí, serpientes de cascabel de espalda de diamante se deslizaban por el terreno fangoso, caimanes patrullaban las aguas y arañas venenosas acechaban a sus presas. Mientras tanto, los excursionistas exploraban los grandes robles, ahuyentaban mosquitos y buscaban murciélagos y águilas pescadoras.
Esto podría sonar como un episodio de Planeta Tierra , pero no había cámaras. En su lugar, los científicos recolectaron fragmentos microscópicos de ADN aerotransportado con una aspiradora. Documentaron a los animales procesando este ADN ambiental , o ADNe, a través de un dispositivo de vanguardia del tamaño aproximado de una baraja de cartas. El dispositivo puede hacer más. Al otro lado del mundo, en la ciudad de Dublín, conocida por sus pubs, música y alegría, el equipo lo utilizó para detectar rastros de ADN de marihuana, amapola y hongos alucinógenos que flotaban en la brisa. Recopilaron perfiles genómicos a una velocidad asombrosa, capturando paisajes genéticos completos en solo dos días.
“El nivel de información disponible en el ADN ambiental es tal que apenas estamos empezando a considerar cuáles pueden ser sus posibles aplicaciones, desde los humanos hasta la vida silvestre y otras especies, que tienen implicaciones para la salud humana”, dijo el autor del estudio, David Duffy, de la Universidad de Florida, en un comunicado de prensa.
El dispositivo es una herramienta poderosa que puede utilizarse para monitorear la biodiversidad, virus emergentes y drogas ilícitas, además de detectar el patrimonio genético de las personas que deambulan por las cercanías. Aunque no se utilizó para identificar a los individuos en el estudio, los autores advirtieron que el ADN ambiental “podría ofrecer un potencial muy potente para la vigilancia individual de… humanos”.
Sin embargo, “es un trabajo que traspasa los límites”, dijo a Science Ryan Kelly de la Universidad de Washington, que no participó en el estudio .
Un tesoro de datos
Los seres vivos desprenden material genético. Hongos, plantas, animales, humanos, bacterias, virus: todos dejan huellas genéticas invisibles al vagar por el mundo.
A medida que las tecnologías para leer el ADN (conocidas como secuenciación genética ) han avanzado, los científicos han comenzado a capturar ADN en el entorno ambiental para realizar un censo de las criaturas vivientes que allí habitan.
Algunos han encontrado miles de especies bacterianas en las profundidades de nuestros océanos. Otros rastrean especies oceánicas utilizando “esponjas” de ADN o criaturas terrestres mediante el análisis del ADN ambiental ingerido por escarabajos peloteros. Estos estudios también permiten monitorear virus emergentes provenientes de animales , como los que se encuentran en los mercados de vida silvestre, mediante la captura y el análisis de moléculas genéticas.
Duffy cree que el ADN ambiental podría impulsar los esfuerzos de conservación. En 2022, su equipo ideó una forma de monitorear las tortugas marinas en peligro de extinción en la costa de Florida. Estos animales son difíciles de rastrear. Recorren múltiples hábitats, incluyendo mar abierto, ecosistemas costeros y playas.
Aunque originalmente se desarrolló para rastrear microbios, Duffy y su equipo demostraron que el ADNe puede usarse para detectar pequeños fragmentos de material genético del pelo, la piel, las escamas y los fluidos que quedan en la arena y el agua. El equipo también detectó patógenos peligrosos para las tortugas marinas, incluyendo un virus que causa tumores en ellas. Desde entonces, han capturado ADNe humano de océanos, ríos y arena, y pueden identificar a voluntarios individuales basándose en sus huellas en la playa.
Aunque las muestras de ADN ambiental suelen recogerse del agua y la tierra, también flotan en la brisa. Esto llevó al equipo a preguntarse: ¿Cuánta información podemos obtener del aire?
Trae la escopeta
La mayoría de los estudios de ADN ambiental emplean una tecnología llamada metacodificación de barras. En este método, los científicos extraen ADN de una muestra (por ejemplo, agua de un pantano de Florida o de un pub de Dublín) y secuencian el ADN. Para detectar las especies presentes, cada fragmento de ADN se compara con un código de barras en una biblioteca de datos. El método puede ser preciso, pero presenta algunas deficiencias.
En primer lugar, este método solo puede identificar secuencias de ADN ambiental ya presentes en la base de datos. Los códigos de barras son similares a los de los productos del supermercado, solo que en lugar de manzanas o cebollas, son pequeños fragmentos de ADN exclusivos de una especie. Solo se pueden detectar organismos con cebadores. Es decir, cuando el sistema escanea un fragmento de ADN, no lo registra a menos que ya exista un código de barras. El método también es costoso y tarda días, o incluso semanas, en procesar una sola muestra.
Duffy y su equipo recurrieron a un método llamado secuenciación shotgun, que fragmenta aleatoriamente secuencias de ADN en miles de millones de fragmentos llamados “lecturas”. Si bien este método es potente, ha quedado obsoleto debido al costo y al tiempo que requiere ensamblar fragmentos genéticos individuales y asociarlos con un grupo de organismos. El hardware también era voluminoso, aproximadamente del tamaño de un refrigerador, lo que dificultaba su traslado al campo. Se utilizaba principalmente para estudiar microbios, no animales ni humanos.
Gracias a la computación en la nube y a la secuenciación profunda (un tipo de secuenciación de ADN en la que se lee la misma región de ADN muchas veces), ahora es posible realizar secuenciaciones aleatorias en la naturaleza.
El equipo utilizó un dispositivo portátil con un tubo de vacío para extraer ADN del aire. Durante dos años, recolectaron muestras en diversas zonas urbanas y rurales y generaron 78 conjuntos de datos de secuenciación shotgun.
“Al principio, parecía difícil obtener grandes fragmentos de ADN intactos del aire. Pero no es así. De hecho, estamos encontrando mucho ADN informativo”, dijo Duffy.
En un experimento, rastrearon linces rojos recolectando ADN ambiental cerca de huellas de animales durante una semana. Descubrieron que contenía ADN de linces rojos de una población silvestre y de una de un zoológico, lo que sugiere que la tecnología podría usarse para monitorear linajes animales. También recolectaron ADN aéreo cerca de arañas venenosas y descubrieron que sus genomas difieren de los del Caribe o Sudamérica. Sin tener que observar a los animales, el equipo pintó un panorama de las especies que prosperan en los bosques costeros de Florida.
Mientras tanto, Dublín presentó un perfil de ADN ambiental completamente diferente. El dispositivo identificó 63 virus en muestras de aire de toda la ciudad, junto con una serie de alérgenos, como los del cacahuete y el polen de los árboles. También encontró evidencia de drogas ilegales, incluyendo setas alucinógenas.
Un dilema genético
La tecnología no es un ojo que todo lo ve y es posible sobreinterpretar los resultados.
Se basa en algoritmos para reconstruir el ADN, y algunos podrían ser simplemente ADN aleatorio flotando en el aire. Además, algunas aplicaciones, como las relacionadas con el ADN humano, podrían ser beneficiosas, pero también conllevan consecuencias negativas inesperadas, escribieron los autores. En Florida y Dublín, pudieron identificar la ascendencia genética de personas que transitaban por un lugar. El equipo se abstuvo intencionalmente de identificar a personas individuales en el estudio, aunque ya se había hecho .
“Al igual que con las tecnologías de inteligencia artificial, el genio del ADNe humano no puede volver a la botella”, escribió el equipo. La tecnología puede usarse con fines benéficos o nefastos. Por ahora, el equipo espera devolver el ADNe a sus orígenes para salvar y conservar la vida silvestre.
“Parece ciencia ficción, pero se está convirtiendo en un hecho científico”, dijo Duffy.