Cuando, en 2003, el biólogo canadiense Paul Hebert propuso la creación de una base de datos pública de secuencias cortas, con el fin de identificar muestras biológicas a partir únicamente de estos fragmentos (DNA-barcodes), no encontró la respuesta unánime que podríamos esperar hoy en día. Los detractores fueron muchos e hicieron bastante ruido (científico). Según Laurence Packer, los artículos científicos publicados entre 2004 y 2.007 criticando y oponiéndose al DNA-barcoding fueron más numerosos (y más citados) que los artículos escritos por los pioneros del barcoding que apoyaron la idea. Entonces, ocurrió un milagro: al ir creciendo las bases de datos públicas, el DNA-barcoding empezó a demostrar su utilidad de una gran variedad de formas. Desde cuestiones de taxonomía básica largamente disputadas hasta medicina forense, pasando por ecología fluvial, ciencias agrícolas, control de brotes de enfermedades, seguridad alimentaria o conservación de la biodiversidad, todos se aprovecharon del DNA-barcoding de maneras que muy pocos habrían imaginado tan sólo unos años antes.
Las reticencias se basaban principalmente en falsas preocupaciones y algunos miedos ancestrales. Los taxónomos morfológicos argumentaban que ninguna pequeña secuencia podría reemplazar sus meticulosas observaciones y concienzudas interpretaciones morfológicas mientras, en su interior, temían perder sus puestos de trabajo. Los genetistas avisaban de que los genomas eran demasiado complejos para ser reducidos a sólo una secuencia de trescientos pares de bases. Los ecólogos creían que los métodos moleculares eran demasiado caros y quedaban más allá de su campo de experiencia. Todos estaban equivocados.
El DNA-barcoding no pretende (y nunca va a) reemplazar a los taxónomos. Como mucho, el DNA barcoding reemplazará a las claves de identificación tradicionales (¡que, probablemente, estaban ya condenadas a desaparecer de todos modos!). Las claves de identificación suelen ser una pesadilla incluso para los taxónomos expertos y son completamente inútiles para grupos que incluyan miles o decenas de miles de especies. El DNA-barcoding sólo facilitará el trabajo de los taxónomos, que aún son necesarios (de hecho, más necesarios que nunca) para identificar especímenes problemáticos. Dadas las estimaciones para el número total de especies existentes y el ritmo actual de descripción de nuevas especies, necesitaremos taxónomos, al menos, durante los próximos 500 años, o probablemente mucho más. Esto es más de lo que la mayoría de los científicos que trabajan en otras áreas del conocimiento estarían dispuestos a apostar.
Es cierto que los genomas de los organismos no modelo son grandes monstruos de enorme complejidad a la espera de ser domados. Pero lo cierto es que todo lo que se necesita para la identificación inequívoca de la especie a la que pertenece un espécimen es un fragmento de sólo unos pocos cientos de pares de bases de una región variable del genoma (¡en la mayoría de los casos, basta con sólo 200 pares de bases!). El ADN mitocondrial y, en concreto, el gen de la citocromo oxidasa I (COI) ha demostrado su utilidad para esta tarea en muchos grupos de organismos (incluyendo los animales; otros genes son más utilizados en el caso de plantas u hongos). Si las secuencias sólo se quieren para fines de identificación, lo único que se necesita es secuenciar 200 pares de bases de COI. Rápido y fácil.
Y barato. Los costes de secuenciación no han hecho más que caer en picado desde hace tres décadas y se prevé que sigan disminuyendo día a día. Las increíbles tecnologías de secuenciación que crecieron bajo el gran paraguas del Proyecto Genoma Humano ya han llegado a los laboratorios de tamaño medio. Hoy en día, secuenciar el DNA-barcode de un espécimen desconocido es algo que un estudiante de biología de primer año podría realizar durante su primera práctica de laboratorio. Los costes y la complejidad ya no sirven de excusa.
Recientemente, comprendí la importancia fundamental del DNA-barcoding (es decir, la necesidad urgente de obtener las secuencias de tantas especies como sea posible y depositarlas en una base de datos pública tan pronto como se pueda) cuando empecé a analizar los datos de secuenciación masiva de muestras recogidas en comunidades marinas de fondos duros en los Parques Nacionales españoles de Islas Atlánticas y Cabrera. Este tipo de estudios son cruciales para entender cómo están cambiando las comunidades marinas (y están cambiando, seguramente, a un ritmo más rápido del que nos pensamos). Tenemos que obtener datos de estas comunidades y caracterizarlas tan rápido como podamos, si es que queremos ser capaces de detectar cualquier cambio en un futuro próximo, antes de que sea demasiado tarde. La forma sensata de hacerlo es utilizar el metabarcoding. Es decir: recoger la muestra dentro de una bolsa, mezclarla con una batidora, extraer el ADN de todos los organismos presentes en la mezcla, utilizar este ADN para amplificar un marcador genético adecuado (COI suele ser la mejor opción) y, por último, tratar de comparar los millones de secuencias que se obtienen con el contenido de las bases de datos públicas de barcodes, con el fin de identificar las especies presentes en las muestras (y, probablemente, su abundancia, aunque esa es otra historia de la que escribiré algún otro día). Los primeros pasos de este procedimiento resultan ser sorprendentemente fáciles. Curiosamente, es la última etapa de identificación la que actualmente está limitando la utilidad de esta técnica. Tenemos literalmente millones de secuencias diferentes de COI, que representan toda la biodiversidad oculta en nuestras muestras, pero sólo somos capaces de identificar (asignar un nombre de especie) un pequeño porcentaje de estas secuencias. Las bases de datos de barcodes de organismos marinos no están tan desarrolladas como las de especies terrestres. Los organismos pequeños y microscópicos están mucho menos representados en las bases de datos que los grandes y macroscópicos. Un porcentaje sorprendentemente alto de la diversidad marina está aún por describir, incluso en los ecosistemas poco profundos del Mediterráneo o del Atlántico europeo, que han sido ampliamente estudiados por los biólogos marinos, al menos desde Aristóteles.
Si queremos empezar a entender los cambios en la biodiversidad que están ocurriendo en estos momentos en nuestros apreciados ecosistemas marinos, es necesario que llevemos a cabo la titánica tarea de secuenciar los DNA-barcodes de la mayor cantidad posible de especies marinas y que compartamos esta información en bases de datos públicas. Estoy seguro de que el metabarcoding pronto se convertirá en la principal herramienta del ecólogo marino. Tenemos que ser capaces de extraer todo su poder, mejorando nuestras bases de datos hasta que los principales huecos estén rellenos. Esta no es tarea para una persona o un pequeño grupo de personas. Dado el abrumador número de especies marinas diferentes, ésta ha de ser una tarea para varios cientos de taxónomos marinos, trabajando en conjunto desde todas las partes del Mundo, identificando especies de los distintos grupos, secuenciando, mejorando clasificaciones, compartiendo información, y no esperando obtener por ello mayor recompensa que el placer de ayudar a otros biólogos marinos en la realización de la mayor (y más útil) empresa de taxonomía marina de todos los tiempos.
Como dijo Harry Truman, es increíble lo que se puede lograr cuando no te importa quién se lleve el crédito.
Comparación entre el DNA-barcoding y el metabarcoding, diferentes técnicas para estudiar la biodiversidad. Mientras el barcoding se usa para identificar individuos, el metabarcoding permite analizar comunidades enteras, gracias a la potencia de las nuevas tecnologías de secuenciación.
Referencias:
Hebert et al. 2003. Biological identifications through DNA barcodes. Proc. R. Soc. Lond. B 270, 313–321. doi: 10.1098/rspb.2002.2218
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