Cómo detectar la biodiversidad ‘olisqueando’ el ADN del ambiente

El aire en un zoológico está lleno de olores, pero ahora sabemos que también está lleno de ADN de los animales que viven allí. En sendos trabajos publicados esta semana en la revista Current Biology, dos grupos de investigación presentan una prueba de concepto que demuestra que mediante el muestreo de aire de un zoológico local, pueden recoger suficiente ADN para identificar a los animales que habitan en él. Un avance que puede resultar una herramienta valiosa y no invasiva para rastrear la biodiversidad.

“La captura de ADN ambiental de vertebrados nos permite detectar incluso animales que no podemos ver”, dice la investigadora Kristine Bohmann, directora del equipo de la Universidad de Copenhague. Los animales terrestres pueden ser monitorizados de muchas maneras: directamente con una cámara y observación en persona, o indirectamente por lo que dejan atrás, como huellas o heces. 

El inconveniente de estos métodos es que pueden implicar un trabajo de campo intensivo y requieren que el animal esté físicamente presente. Por ejemplo, monitorizar animales por cámara requiere saber dónde colocar las cámaras en el camino del animal, examinar miles de imágenes y, por lo general, un poco de suerte.

“Al principio de mi carrera, fui a Madagascar con la esperanza de ver muchos lémures. Pero en realidad, rara vez los vi. En cambio, la mayoría de las veces los escuché saltando a través del dosel”, explica Bohmann. “Entonces, para muchas especies puede ser muy trabajoso detectarlas por observación directa, especialmente si son escurridizas y viven en hábitats muy cerrados o inaccesibles”.

“Para muchas especies puede ser muy trabajoso detectarlas por observación directa”

"En comparación con lo que la gente encuentra en ríos y lagos, monitorizar el ADN en el aire es realmente muy difícil, porque el ADN parece súper diluido en el aire", asegura Elizabeth Clare, investigadora principal del equipo de la Universidad Queen Mary de Londres. “Pero nuestros estudios en zoológicos aún no han fallado para diferentes muestreadores, genes, ubicaciones y enfoques experimentales. Todo funcionó y sorprendentemente bien".

Seguimiento del ADN ambiental

Bohmann y Clare se basan en gran medida en sus investigaciones pasadas sobre el seguimiento de la vida silvestre mediante la recolección de otros tipos de muestras que contienen ADN desprendido por los animales. Esto se conoce como "ADN ambiental" o eDNA, y es una técnica bien establecida que se utiliza con mayor frecuencia para monitorear organismos acuáticos mediante la secuenciación de eDNA de muestras de agua.

“El aire rodea todo y queríamos evitar la contaminación en nuestras muestras mientras optimizamos la detección real del ADN animal”, dice Bohmann. “Nuestro trabajo más reciente con eDNA aerotransportado implica lo que solemos hacer cuando procesamos muestras de eDNA, simplemente ajustado un poco”.

Dos estudios independientes

Cada grupo de investigación realizó su estudio en un zoológico local mediante la recolección de muestras en varios lugares del zoológico, incluidos recintos amurallados interiores como la casa tropical y establos interiores, así como recintos al aire libre al aire libre. “Para recolectar eDNA en el aire, usamos un ventilador, como el que se usaría para enfriar una computadora, y le colocamos un filtro. Luego lo dejamos funcionar durante un tiempo ”, dice Christina Lynggaard, primera autora y becaria postdoctoral en la Universidad de Copenhague.

El ventilador aspira aire del zoológico y sus alrededores, que podría contener material genético de diversas fuentes, como aliento, saliva, pelo o heces, aunque los investigadores no han determinado la fuente exacta. “Podría ser cualquier cosa que pueda volar y que sea lo suficientemente pequeña como para continuar flotando en el aire”, dice Lynggaard. “Después de la filtración de aire, extrajimos el ADN del filtro y usamos la amplificación por PCR para hacer muchas copias del ADN animal. Después de la secuenciación del ADN, procesamos millones de secuencias y finalmente las comparamos con una base de datos de referencia de ADN para identificar la especie animal ".

“Hay un componente de acto de fe en algo de esto porque cuando se trabaja con tejidos normales o incluso con muestras de ADN acuáticas, se puede medir la cantidad de ADN que se tiene, pero con estas muestras estamos tratando con cantidades de ADN forense diminutas”, dice Clare. “En muchos casos, cuando solo tomamos muestras durante unos minutos, no podemos medir el ADN, por lo que tenemos que pasar a la siguiente etapa de la PCR, donde averiguamos si hay algo en él o no. Cuando tomamos muestras durante horas, obtenemos más, pero hay una compensación".

En cada estudio, los investigadores detectaron animales dentro del zoológico y vida silvestre de los alrededores. El equipo de Clare de la Universidad Queen Mary de Londres detectó ADN de 25 especies de mamíferos y aves, e incluso ADN perteneciente al erizo euroasiático, que se encuentra en peligro de extinción en el Reino Unido.

Los equipos detectaron especies de peces utilizadas como alimento para otros animales en el zoológico

El equipo de Bohmann, en la Universidad de Copenhague, detectó 49 especies de vertebrados no humanos, incluidas especies de mamíferos, aves, reptiles, anfibios y peces. Estos incluían animales del zoológico como el okapi y el armadillo e incluso el guppy en un estanque en la casa tropical, animales que ocurren localmente como las ardillas y animales plaga como la rata marrón y el ratón doméstico. Además, detectaron especies de peces utilizadas como alimento para otros animales en el zoológico. Ambos equipos tomaron amplias medidas para verificar que sus muestras no estuvieran contaminadas, incluso por ADN que ya estaba en sus laboratorios.

Evitar la señal contaminante

Al elegir un zoológico para la ubicación de sus estudios, los investigadores conocían la posición de una gran colección de especies no nativas, por lo que podían diferenciar entre una señal real y un contaminante. “Al principio habíamos pensado en ir a una granja, pero si recoges el ADN de una vaca debes preguntar '¿Está esa vaca aquí o es una vaca a cien millas de distancia o en el almuerzo de alguien?'”, indica Clare. “Pero al usar el zoológico como modelo, no hay otra forma de detectar el ADN de un tigre, excepto el tigre del zoológico. Realmente nos permite probar las tasas de detección ".

“Una cosa que hacen nuestros dos laboratorios es desarrollar y aplicar nuevas herramientas, por lo que quizás no sea tan sorprendente que ambos terminemos con la misma idea al mismo tiempo”, dice Clare. Ambos grupos de investigación decidieron publicar al mismo tiempo en la revista Current Biology después de ver conocer que trabajaban en lo mismo a través de un servidor de preimpresión. “Decidimos que preferiríamos arriesgarnos un poco y decir que no estamos dispuestos a competir en esto”, dice Clare. “De hecho, es una idea tan loca, es mejor que tengamos confirmaciones independientes de que esto funciona. Ambos equipos están ansiosos por ver cómo se desarrolla esta técnica ".

Referencias: Airborne environmental DNA for terrestrial vertebrate community monitoring (Current Biology)  DOI: 10.1016/j.cub.2021.12.014 | Measuring biodiversity from DNA in the air (Current Biology)  DOI: 10.1016/j.cub.2021.11.064