Nuevas formas de buscar lo invisible

Nuevas formas de buscar lo invisible
Edgar Reyna Rosas
Los frutos de la curiosidad humana
Desde el principio el quehacer científico se planteó resolver cualquier
incógnita de manera objetiva y comprobable. Sin embargo, esta objetividad
es parcial ya que la aceptación de los resultados siempre depende
finalmente
de
la
percepción
sensorial
humana.
La
observación
es
determinante en las formas de analizar todo aquello que es imperceptible
para nosotros. Como consecuencia se han desarrollado tecnologías que
permiten satisfacer la necesidad de ver lo que se investiga. En la
actualidad se cuenta con tecnologías y aparatos que permiten explicar
Nuevas formas de buscar lo invisible / CIENCIORAMA 1
procesos y observar de manera bastante precisa organismos que antes
parecían inaccesibles.
“Yo, como Santo Tomas, hasta no ver, no creer”
En siglos pasados el vínculo entre el método y la observación al que
estaba sujeto un investigador, limitaban mucho más los resultados que se
podían obtener. Y como consecuencia, se condicionaban también más los
resultados a la corroboración de una hipótesis o un modelo. Para poder
sustentar un resultado que pudiera ser ambiguo a la vista, se tuvieron que
inventar nuevas metodologías que resolvieran dichos obstáculos.
Muchas de las incógnitas que resolvían los investigadores eran sobre
fenómenos que no podían observarse; por ejemplo, los efectos que
producen los microorganismos en el medio ambiente. Estos entes que
existen en condiciones ambientales muy distintas a las de los humanos,
eran muy difíciles de estudiar y visualizar. Para ello se implementaron
diversos
enfoques
metodológicos
que
permitieron
investigarlos
y
observarlos.
Nuevas formas de buscar lo invisible / CIENCIORAMA 2
Ejemplo de uno de los microscopios construido por Leeuwenhoek.
Un ejemplo de las primeras metodologías empleadas para la visualización
de los microorganismos fue el diseño por Anton van Leeuwenhoek de un
microscopio que permitió el acercamiento a aquellas cosas que difícilmente
se distinguían. Sin embargo, las capacidades del microscopio para observar
lo
invisible
eran
muy
limitadas,
dejó
fuera
a
la
mayoría
de
los
microorganismos de cierto interés. A la par de este avance tecnológico,
muchos
más
investigadores
se
interesaron
en
el
estudio
de
los
microorganismos con el fin de acercarse a aquello que aún era muy difícil
de analizar. Algunas de estas metodologías no tenían el objetivo de ver tal
cual a los microorganismos, sino más bien observarlos de manera indirecta
para determinar de qué ser se trataba.
Nuevas formas de buscar lo invisible / CIENCIORAMA 3
Las primeras formas de estudiar lo invisible
Una de las metodologías usadas desde entonces son los medios de
cultivo. Ésta se utilizó para estudiar aquellos microorganismos que eran
observables debido a que en conjunto tomaban formas de agregados; por
ejemplo el moho que se forma en los alimentos viejos. Esta metodología
se basa en la administración de diversos componentes (aminoácidos,
azúcares, CO , pH, etc.) en un medio líquido o sólido para replicar las
2
condiciones ambientales naturales donde crecen los microorganismos. Con
este avance se logró caracterizar y describir muchos microorganismos que
sirvieron para crear toda una base de datos acerca de los principales
seres microscópicos que existen en el planeta y sus formas de vida.
A pesar de que la metodología antes descrita es muy eficiente,
existían otros microbios que no se podían estudiar con ella, debido a que
sus condiciones de vida lo impedían; fue necesaria entonces la búsqueda
de nuevas tácticas que permitieran explorar este nuevo campo de estudio.
De esta manera se diseñaron tecnologías que permitieron avanzar casi
exponencialmente no sólo en el descubrimiento de nuevos organismos, sino
también en la forma de hacer ciencia y dirigirla a aspectos que entonces
eran inimaginables.
Nuevas formas de buscar lo invisible / CIENCIORAMA 4
Ejemplo de distintas bacterias creciendo en un medio de cultivo sólido.
Del PCR a la manipulación del ADN en masa
Una de las tecnologías más socorridas en los laboratorios de todo el
mundo es la PCR que significa reacción en cadena de la polimerasa por
sus siglas en inglés. Fue inventada por el científico estadunidense Kary
Banks Mullis en 1986, y con ella ganó el premio Nobel de Química, en
1993. Este invento revolucionó la forma de estudiar el ADN. El principal
objetivo de esta metodología es obtener muchas copias de ADN a partir
de una sola molécula, pero ¿qué tiene esto de maravilloso y por qué sirvió
para identificar microorganismos? Producir muchas copias iguales de ADN
a partir de una sola, permite identificar más fácilmente a un organismo, ya
que la obtención de las copias de ADN sólo es posible poniendo
secuencias
de
algo
debemos encontrar
que
(como
nosotros
predecimos
los genes
que
ribosomales).
obligatoriamente
Una
vez que
se
obtienen copias de estos genes, se analiza su secuencia, ya que las
pequeñas
diferencias
entre
estos
genes
son
las
que
permiten
ir
determinando de qué organismo se trata.
Nuevas formas de buscar lo invisible / CIENCIORAMA 5
Durante una identificación por PCR se colocan en un termociclador
(aparato en el cual se realiza la PCR) los componentes necesarios para
hacer muchas moléculas de ADN, como si hiciéramos una sopa, por
ejemplo, nucleótidos, polimerasas (proteínas celulares que se encargan de
formar las cadenas de ADN), cebadores (que son pequeñas secuencias de
nucleótidos construidas artificialmente y que se usan como molde para
iniciar las copias de ADN) y elementos iónicos como Mg y Mn que sirven
para el funcionamiento óptimo de las polimerasas. Con estos componentes
se hacen varios ciclos de desnaturalización (separar las cadenas del ADN)
y síntesis de nuevas copias (hacer nuevas cadenas a partir de las que
fueron separadas). Esto da como resultado una cantidad enorme de copias
de ADN para posteriormente llevar a cabo la identificación.
La PCR permitió lidiar con los microorganismos que eran difíciles de
identificar con las metodologías antes mencionadas. Abrió las puertas a
una gran variedad de enfoques científicos. La PCR se usa en el estudio de
enfermedades
prehistóricos;
humanas,
en
en
medicina
la
identificación
forense
y
de
animales
criminalística
se
usa
u
objetos
para
la
identificación de personas y en el área de la alimentación para la
identificación de patógenos en diversos alimentos y cosechas. En todas
estas áreas se utiliza la PCR de la misma manera que para el caso de los
microorganismos, donde el ADN obtenido se compara con otros que dan
pistas que revelan la identidad de organismos que se estudian.
Técnica FISH: luces que nos revelan de quién se trata
Esta técnica, al igual que la PCR, se apoya en la manipulación genética
para secuenciar y determinar el genoma que se está investigando. La
Nuevas formas de buscar lo invisible / CIENCIORAMA 6
metodología se basa en la construcción de sondas de ADN (secuencias de
nucleótidos construidas artificialmente) que corresponden a una secuencia
característica de un gen o cromosoma ya conocido, para después unirlos
al cromosoma o gen correspondiente del microorganismo a estudiar. Estas
uniones permiten caracterizar el genoma desconocido e identificarlo de
acuerdo a sus funciones o características. Lo más llamativo de esta
metodología es observar al microscopio las señales fluorescentes emitidas
cuando se unen las sondas. Este fenómeno sucede debido a que la
fluorescencia sólo se activa cuando la sonda se une a su contraparte
exacta, un gen o un cromosoma, lo cual facilita la identificación (fig.2).
Imagen de núcleos donde se observa la fluorescencia de sondas unidas determinados
genes.
Esta metodología, se utiliza también en el área médica y biológica para
reconocer ciertas secuencias de ADN humano características de ciertas
enfermedades.
Nuevas formas de buscar lo invisible / CIENCIORAMA 7
Metagenómica. No importa que vayan en bola, todos son identificados
Esta metodología considera un aspecto que las otras no, pues los
microorganismos en su ambiente no se desarrollan de manera aislada sino
coexistiendo con otros. Al estudiarlos con las metodologías anteriores sólo
se obtiene una parte de lo que realmente existe ahí. La principal cualidad
de esta metodología es que sirve para estudiar los genomas totales
presentes en una determinada muestra ambiental (una muestra de suelo,
de agua, de materia fecal, etc.) sin importar las condiciones de vida
particulares de cada uno de los organismos a los que pertenecen.
Con esta técnica se extrae primero todo el ADN presente en la
muestra ambiental; una vez aislado, se pone en un secuenciador que se
encarga de leer las cadenas de ADN. Para hacer esto, se rompe primero
en segmentos cortos que permiten leer de manera más rápida cada ADN
presente, y posteriormente se describe cada uno. Una vez obtenido los
distintos ADN se pueden comparar con bases de datos para definir de qué
tipo de organismo se trata, y si no hay una forma de vida con la que se
pueda comparar, se describe como nueva especie.
Esta técnica ha servido para la secuenciación completa del genoma
de distintos organismos, un ejemplo es el Proyecto del Genoma Humano,
el cual tardó muchos años en completarse debido a la complejidad que
implicaba secuenciar millones y millones de nucleótidos.
Microscopía electrónica de barrido, mayor aproximación a la realidad
Finalmente, es preciso mencionar una última técnica, no por ser la más
utilizada, ni porque es la que arroja información más esclarecedora, sino
por ser un resultado de muchos años de investigación que hizo posible
Nuevas formas de buscar lo invisible / CIENCIORAMA 8
observar
en
forma
directa
cómo
es
la
forma
de
los
organismos
microscópicos y apreciar lo hermosoa que pueden ser. El microscopio de
barrido es uno de los instrumentos con los que se logra mayor definición
en la observación de las estructuras invisibles a los ojos humanos. La
imagen que se obtiene es exactamente igual a como es el microorganismo,
no hay que imaginar ni predecir nada. Se basa en la utilización de la
fuerza atómica para hacer pasar un haz de electrones por las muestras
cubiertas con una capa fina de carbón u otro elemento conductor de
electrones. El paso de los electrones por la superficie de la muestra
provoca una dispersión que es captada y procesada por un detector que
da la forma exacta de la muestra. Estas imágenes han servido para
confirmar
las
formas
y
texturas
de
los
microorganismos
e
ir
complementando de manera íntegra la información que se obtiene por
otras metodologías.
Imagen de la bacteria Escherichiacoli tomada por microscopía de barrido.
Nuevas formas de buscar lo invisible / CIENCIORAMA 9
Las metodologías mencionadas en este texto no son las únicas que se
utilizan en la actualidad. Muchas de ellas tienen variantes y mejorías. Sin
embargo, todas reflejan la necesidad humana de corroborar un fenómeno
a partir de observar algo con los propios ojos. Además, esta evolución
metodológica no
hubiera
sucedido
si no
se
hubieran
tenido
tantas
precauciones para aprobar un resultado y por lo tanto tal vez no se
hubiera podido conocer todo lo que actualmente sabemos acerca de la
vida y los microorganismos. Tal vez toda esta reflexión acerca de la
necesidad de ver algo para decir que es real, demuestra que la ciencia no
es del todo objetiva; sin embargo ha servido para abordar lo que nos
intriga y tener tantas formas de hacerlo permite no confiar en lo que uno
ve a simple vista.
Bibliografía
1.
Harwood C. y Buckley M. 2007.The Uncharted Microbial World:microbes and their
activities in the environment. American Academy of Microbiology.
2.
Kirk J.L. et. al. 2004. Methods of studying soil microbial diversity. J Microbiol
Methods 58: 169-188.
Nuevas formas de buscar lo invisible / CIENCIORAMA 10