Cómo funciona una prueba de ADN

Hace unos días me encontré con este titular:

La hija de una criada heredará 3 millones de euros gracias a las pruebas de paternidad

Si queréis prensa chunga, haced clic en el link y dejad de leer aquí, no se os ha perdido nada. Si os interesa como funciona el tema, podéis seguir leyendo.

En ese momento estaba bastante cabreada porque mis alumnos, de segundo de carrera, me acababan de demostrar una vez más que no tienen ni idea de cómo funciona una prueba de ADN. Lo que os voy a contar a continuación está un poco más simplificado que lo que les cuento a ellos, pero me gustaría saber que alguien entiende algo, porque cuando se lo cuento se quedan mirando al aire con cara de no haber entendido ni una palabra.

Allá por los años 80 ya teníamos claro que el ADN almacenaba información y que el de cada persona era ligeramente diferente, pero no teníamos muy claro cómo hacer muchas copias. En 1983 el señor Mullis descubrió la PCR, la reacción en cadena de la polimerasa, que le dio un Nobel 10 años después y la posibilidad de retirarse de la investigación e irse a surfear… bueno, eso no es lo que toca ahora. La PCR. La PCR es la reacción que nos permite obtener muchas copias de ADN en un tubo sin demasiado esfuerzo: utiliza una polimerasa (la fotocopiadora) que aguanta temperaturas altas, que es lo que permite hacer muchos ciclos en cadena. El concepto es muy sencillo, pero costó un montón que se le ocurriese a alguien. Parece sencillo ahora, pero no antes.

Así vemos habitualmente los geles: usamos bromuro de etidio, que se une al ADN, y los iluminamos con ultravioleta para ver esas bandas rosas.

Hasta donde sé, antes del 83 nunca se había utilizado legalmente una prueba de ADN. Ni se usó durante otros 3 o 4 años. Pero claro, las cosas de abogados van despacio… y esto de la PCR era muy novedoso. Por eso, cuando alguien se planteó hacer una prueba de ADN en un crimen, se recurrió a la técnica que se había estado utilizando en los laboratorios durante años: el análisis por restricción.

El análisis por restricción resultaba no ser tan tradicional, porque lo que se analizaban eran los polimorfismos de longitud (RFLPs), que realmente se habían descubierto dos años después, pero las enzimas de restricción las tenían más controladas que esto de la PCR. El proceso es bastante sencillo: la muestra de ADN se «digiere» con enzimas de restricción. Estas enzimas reconocen secuencias específicas y hacen un corte, de forma que si un fragmento tuviese 20 secuencias como esa, la enzima haría 20 cortes. Cuando hay una diferencia, una de las secuencias ya no es igual, así que hay un corte menos, y uno de los fragmentos obtenidos va a ser más largo. Al comparar muchos fragmentos se puede saber si la muestra proviene de la misma persona o no.

Esto de comparar las bandas no es tan fácil como suena. Esta es la pinta que tiene un gel revelado con rayos X.

Esta técnica tiene varios problemas. El primero es el análisis, porque lo que se se obtiene así a lo bruto son muchos fragmentos que hay que separar (en un gel de electroforesis, que es lo típico que se ve en la tele con banditas, banditas que NO son azules habitualmente), y de alguna forma hay que identificar solo los fragmentos susceptibles de cambio, y hacer que se vean. Para esto hay que transferir el gel a una membrana, utilizar marcadores radiactivos y revelarlo con rayos X, de forma que sólo se verán las bandas que se corresponden con los marcadores que añadimos. Esto da una foto final ocre con bandas negras. No azules. Que quede claro.

La técnica más usada hoy en día es el análisis de repeticiones cortas en tándem (STR), que sí usa la PCR. En nuestro genoma existen una serie de secuencias muy cortas que están repetidas X veces, siendo X variable. Si analizamos sólo una de ellas, podríamos saber por ejemplo que un señor no es el padre del niño, pero para poder asegurar que un señor es o no es un asesino, hay que comparar más. Lo normal es que se amplifiquen 13 sitios (PCR de 13 loci), lo que permite que la probabilidad de error en la identificación sea casi nula. Este proceso es mucho más rápido, ya que sólo hay que ver como de grandes son los trozos que salen en cada una de las 13 reacciones (ojo, salen 2 por reacción, que nuestros cromosomas son pares), y como se han hecho muchas copias no es necesario todo el lío de transferir el gel y la radiactividad y tal.

Recientemente, el análisis de STR se ha agilizado mucho más añadiendo fluorescencia al juego, de forma que las 13 reacciones se pueden hacer en una, pero no vamos a entrar en detalles.

Y hasta aquí, lo que se usa. Como curiosidad, os puedo decir que la base de datos más famosa, la CODIS americana, tiene datos de los 13 STR. Pero… ¿funciona siempre?

Una de las preguntas habituales es si esto vale para gemelos. La respuesta en general es que sí. En el caso de que sean monocigóticos no, porque tienen la misma secuencia, por lo que ambos darían el mismo resultado. En resumen: mellizos sí, gemelos no.

¿Entonces? Aquí viene en lo que yo profundizo más… y es que hoy en día secuenciar no cuesta lo que hace 10 años, y bien se podría actualizar el sistema para que lo que se analice sea secuencia real, y no sólo bandas. Al fin y al cabo, tras el proyecto Genoma Humano, ya podríamos seleccionar unas cuantas regiones altamente variables y utilizarlas como código real, en lugar de estar todavía usando huellas. ¿Pero no era que los gemelos eran iguales? Sí y no. Un gemelo tendrá el mismo perfil para STRs, la misma huella, pero a lo largo de nuestra vida nuestro ADN cambia, y alguno de esos cambios de produce en etapas tempranas, lo suficiente como para que una secuenciación en profundidad permitiese diferenciar entre los gemelos.

Aclaraciones para los más interesados:

  • Sí, los enlaces van a la Wikipedia. Considero que en general la información es bastante válida. Contiene algunos errores, pero da una idea de qué es cada cosa. El resto de enlace son las fuentes originales en las que he comprobado la información antes de hablar de más.
  • Aunque la Wikipedia diga que se miran 16 STR, es mentira. Se miran 13 del CODIS en casi todo el mundo. Lo he comprobado. También he encontrado que a partir de 2017 se van a pedir 7 más y el FBI va a actualizar la base de datos. Está todo en la web del FBI.
  • Los geles azules EXISTEN. No son comunes, pero existen. Hay un kit para aprendices que lleva un sistema para revelar las bandas que las hace azules. No sé en un laboratorio del FBI si lo usan o no, pero la gente de laboratorios de investigación no. Necesitaría que alguien me confirmase si los forenses usan esa cosa. En cualquier caso, para los análisis de restricción, hay que usar radiactividad sí o sí, y eso nunca jamás va a dejar los geles azules. Por si a alguien le interesa como funciona el kit de aprendizaje, lo vende Bio-Rad.

Ciencia en casa: extracción de ADN

Iba a escribir un post serio explicando como se hace una prueba de ADN, pero me he dado cuenta que mucha gente no tiene una idea clara del ADN, más allá de las imágenes típicas de la doble hélice. Por eso he pensado que, para que podáis visualizar mejor el ADN… lo mejor es verlo. Por eso voy a utilizar esta entrada como punto uno para algo que espero que sea una serie de pequeños experimentos que puede hacer uno en su casa.

Nota: padres, tíos, hermanos mayores… este experimento es ideal para hacer con niños, pero yo no me hago responsable de las consecuencias. Es probable que el niño empiece a hacer preguntas y/o diga que quiere ser científico.

Todos sabemos ya que el ADN es una doble hélice... pero ¿y a simple vista?
Todos sabemos ya que el ADN es una doble hélice… pero ¿y a simple vista?

La extracción de ADN es uno de los experimentos más clásicos para niños, pero no por ello deja de ser adecuado para que un adulto «vea» el ADN. Muchos de vosotros lo habréis hecho en el colegio o instituto, pero probablemente muchos no recordaréis exactamente como se hacía, así que ahí va el protocolo.

Materiales:

  • Un vasito con el que podáis medir volúmenes pequeños: por ejemplo un chupito
  • Dos vasos de tamaño normal
  • Una cucharilla
  • Agua
  • Alcohol
  • Sal
  • Lavavajillas: por alguna razón, Fairy es lo que mejor funciona
  • Colorante alimenticio

Métodos:

  • El primer paso es preparar agua salada: la sal (NaCl) va a ayudar a mantener el ADN en buenas condiciones, y hacer que luego agregue y podamos verlo mejor. Llenad un vaso de agua y echad una cucharada de sal. Removed hasta que se disuelva
  • Transferid parte del agua salada al vaso pequeño y descartad el resto.
  • Utilizad el agua salada del vasito para enjuagar la boca: si esto se hace después de lavarse los dientes, se extraerá más ADN propio. En cualquier caso, cualquier resto de comida o bacteria de la boca también tiene ADN, así que la extracción será de todo, no sólo del vuestro.
  • Después de enjuagar la boca, escupid en el vaso grande.
  • Añadid a lo que habéis escupido una gota de lavavajillas. Al igual que en la tele, el milagro antigrasa funciona. Revolved con la cucharilla sin hacer espuma. El detergente hará que las células de la boca que habéis sacado con el enjuague se rompan.
  • En el otro vaso grande, preparar la mezcla para precipitar el ADN: poned tres vasitos pequeños de alcohol (podéis utilizar el chupito para medir) y un poco de colorante. Da igual cual, pero si tenéis uno azul queda más resultón.
  • Añadid el alcohol al primer vaso. En este caso lo mejor es añadirlo con cuidado, poniendo el primer vaso de lado: imaginad que estáis sirviendo una cerveza.
  • Esperad a que ocurra la magia.

Tras un par de minutos, si todo ha ido bien, deberíais ver una especie de pelotillas blancas y fibras que van formando una capa entre el agua y el alcohol. Esa capa blanca, es vuestro ADN.

Si el resultado no os parece vistoso, podéis probar a repetir el proceso pero añadiendo más cantidad de células al agua salada inicial. Como no es plan que os arranquéis las mejillas, podéis añadir un trozo de fruta, que se deshaga fácilmente en el agua (mis preferidas para esto son las moras).

Ya para terminar, lo más divertido: si ahora metéis un palillo a través de la capa de alcohol, podéis intentar cazar una de las fibras y tirar de ella hacia arriba. El ADN es muy resistente, y podréis estirarlo y verlo con vuestros propios ojos. Imaginad que ese hilillo, estirándolo un poco más y mirándolo con una lupa muy potente, dice lo que ya todos sabemos… GATTACA.