El eDNA es una técnica que puede vigilar una cepa particular de ADN en una muestra.
Originalmente, la técnica se usaba para vigilar especies en peligro, confirmando su presencia sin necesidad de una cámara ni del ojo humano.
Ahora, la técnica también se utiliza para ayudar a detectar la COVID-19 y contribuir a frenar la propagación del virus.
Imagine descubrir que una especie animal que se creía extinta sigue viva, sin haberla visto jamás. Así ocurrió con la especie de rana brasileña Megaelosia bocainensis, cuya desaparición completa en 1968 llevó a los científicos a creer que se había extinguido. Pero, gracias a una novedosa técnica de detección genética, fue redescubierta en 2020.
Estos descubrimientos son hoy posibles gracias a un nuevo enfoque que recupera y analiza las trazas de ADN que los animales liberan en el medio ambiente. Se denomina ADN ambiental, o eDNA, y aprovecha el hecho de que todo animal deja ADN en su entorno a través de la piel, el pelo, las escamas, las heces o los fluidos corporales mientras se desplaza por el mundo.
Como biólogos especializados en fauna biólogos del Laboratorio Whitney de Biociencia Marina y Hospital de Tortugas Marinas de la Universidad de Florida Whitney Laboratory for Marine Bioscience & Sea Turtle Hospital, nosotros usamos el eDNA para rastrear un virus responsable de una pandemia de tortugas marinas denominada fibropapilomatosis, que provoca tumores debilitantes. También usamos el eDNA para detectar tortugas marinas en libertad.
Pero en 2020, los investigadores de salud humana comenzaron a reorientar las técnicas de eDNA para rastrear la pandemia de COVID-19. Este es un claro ejemplo de cómo la investigación en un ámbito, la conservación de la fauna, puede adaptarse a otro, la mitigación de enfermedades humanas. De cara al futuro, creemos que el eDNA demostrará ser una herramienta esencial para vigilar tanto la salud humana como la animal.
De los microbios del suelo a las tortugas marinas
En la década de 1980, los científicos comenzaron a buscar ADN de microbios en muestras de suelo. Durante los 20 años siguientes, la técnica se adaptó para su uso con muestras de aire y agua, y los científicos empezaron a usar el eDNA para detectar animales de mayor tamaño y plantas.
Aunque la ciencia que hay detrás de las técnicas de eDNA es compleja, el proceso real de recolección y análisis de una muestra es relativamente sencillo. Las muestras se filtran a través de un papel muy fino, que retiene las células sueltas y las hebras de ADN. Las técnicas para leer qué ADN está presente son las mismas que se usan para muestras de tejido o sangre, normalmente reacción en cadena de la polimerasa cuantitativa o secuenciación del genoma completo. Los científicos pueden leer todo el ADN presente de cada organismo o dirigirse únicamente al ADN de las especies de interés.
Hoy en día, los científicos utilizan de forma habitual el eDNA para detectar fauna en peligro y especies invasoras. La capacidad de determinar si un animal está presente sin necesidad de verlo ni de fotografiarlo es un avance increíble, que reduce el tiempo, los recursos y el esfuerzo humano necesarios para vigilar y proteger a las especies vulnerables.
Sin embargo, para proteger de verdad a las especies en peligro, no solo hay que vigilar a los animales, sino también a los patógenos que amenazan su supervivencia. El ADN ambiental permite vigilar los parásitos, los hongos y los virus que pueden causar enfermedades en la fauna.
Seguimiento de la COVID-19
Aunque los científicos aplicaron originalmente el eDNA a la detección de patógenos humanos hace más de una década, no fue hasta el inicio de la actual pandemia de COVID-19 cuando la reorientación del eDNA cobró impulso a gran escala, lo que permitió que la tecnología avanzara de forma asombrosa en muy poco tiempo.
Los genomas de los coronavirus no están formados por ADN, sino por su molécula prima, el ARN. Por ello, los investigadores han optimizado rápidamente una variante del eDNA, el eRNA, para detectar el ARN del coronavirus en el aire y en las aguas residuales humanas.
Por ejemplo, en el Hospital Shands de la Universidad de Florida, los investigadores recogieron muestras de aire de la habitación de dos pacientes con COVID-19. Mediante el eRNA, lograron aislar y secuenciar el virus con éxito. La confirmación del aire como una vía clave de transmisión influyó directamente en las directrices de salud pública.
Cuando los científicos aplican el eRNA a muestras de aguas residuales archivadas, pueden detectarse las fechas reales de aparición del SARS-CoV-2. La concentración de SARS-CoV-2 en las aguas residuales de Valencia, España, alcanzó su máximo el 9 de marzo de 2020, pero el número de casos clínicos no llegó a su punto máximo hasta principios de abril de 2020, debido al tiempo que transcurre entre la infección y la aparición de síntomas clínicos graves.
Este tipo de vigilancia predictiva tiene profundas implicaciones para los sistemas sanitarios, ya que permite disponer de tiempo para prepararse, no solo para la COVID-19, sino también para cualquier brote futuro de enfermedades que amenace a las poblaciones humanas.
Intersección de enfermedades
Es fundamental que las enfermedades humanas y animales se estudien de manera conjunta. El sesenta por ciento de los patógenos humanos emergentes proceden de animales y muchos de ellos (42 %) tienen su origen en poblaciones de fauna silvestre, como los virus del ébola, el zika, el del Nilo Occidental y el de Marburgo. Por otra parte, las personas también pueden transmitir patógenos a los animales.
El SARS-CoV-2 ya ha infectado a simios de un zoológico de San Diego, grandes felinos de un zoológico de Nueva York y visones de granjas en Europa (en estos últimos), que dieron lugar a nuevas variantes que podrían suponer una nueva amenaza para las personas.
Los profesionales sanitarios, los veterinarios y los científicos denominan a esta convergencia del bienestar humano, animal y ambiental OneHealth o EcoHealth. Estudiar y tratar conjuntamente las enfermedades humanas y de la fauna silvestre reconoce sus elementos comunes y a menudo permite obtener avances.
Con el eDNA, es posible vigilar todos los patógenos de un entorno independientemente de su origen. Un programa integrado de vigilancia mediante eDNA podría proporcionar, de forma rentable, alertas tempranas sobre enfermedades humanas, del ganado y de la fauna silvestre.
