Num.9-2017 | El eDNA, un nuevo enfoque biotecnológico para la Naturaleza

“La naturaleza en una gota de agua”

Lenin Riascos
Biotecnólogo
soniclr@hotmail.com

Una muestra de agua puede tener el ADN de todos los individuos del ecosistema

En la era globalizada en la que vivimos, la tecnología y la información presentan una serie de ventajas y desventajas para la naturaleza, dependiendo del enfoque que se la use. La herramienta de la que vamos a tratar en el presente texto pertenece al de las ventajas; o al menos, ese es el enfoque en el que podríamos describirla. Pertenece al campo tecnológico y también natural, porque permite detectar especies sin necesidad de interactuar directamente con ellas, usando algo que desde que se descubrió, ha maravillado y desesperado con los secretos que esconde, el DNA.

El uso y aplicaciones del DNA, han evolucionado a través de los años; desde sus inicios, cuando se presentó la “maquinaria” que determinaba cómo fue, cómo es y cómo será un individuo. Las investigaciones a su alrededor no han parado y han revolucionado nuestra manera de ver el mundo. En el caso de la naturaleza, los avances a nivel mundial basados en el DNA han servido de catapulta para el desarrollo de nuevas metodologías; que con un buen uso, pueden contribuir al descubrimiento de datos desconocidos, relacionados con las especies presentes en un ecosistema, monitorear especies nativas o invasoras; e incluso, detectar nuevos individuos y ayudar a la conservación de especies autóctonas. Esto resulta indispensable en países del trópico, como Ecuador, que posee un aproximado de 17300 plantas vasculares (Larrea et al., 2015) , 425 especies de mamíferos (Brito et al., 2016), 458 especies de reptiles (Torres-Carvajal et al., 2017) , 587 especies de anfibios (Ron et al., 2017), 1620 especies de aves  (Freile et al., 2015) y 951 especies de peces de agua dulce (Barriga, 2012).

Aislamiento de ADN de muestras ambientales

El ADN ambiental o eDNA, por sus siglas en inglés, es el material genético liberado por las especies al medio ambiente; a través de orina, heces, piel, escamas, gametos, entre otros, y que puede ser capturado para su posterior estudio; el mismo que dará como resultado, la obtención del material genético de una o varias especies presentes en una muestra del ambiente; ya sea “agua, aire, suelo, heces, miel, etc”; las cuales, podrán ser analizadas de distintas maneras, para que mediante las cadenas de DNA se elabore una lista de especies. Además, el eDNA es una herramienta no invasiva y ha sido probado en varias investigaciones y actualmente en el Ecuador, ha sido usada como método de detección de especies invasoras en lagos andinos (Riascos et al., sp.).

Dentro de las aplicaciones o usos que podrían darse a esta nueva herramienta en países del trópico, están: valoración de espacios marinos; tanto en el continente como en el océano, la detección de las especies presentes en el agua de los buques intermareales, la reconstrucción de las especies presentes en ecosistemas con ambientes congelados; además, determinar la dieta de los animales. Por ejemplo, los que se encuentran en peligro de extinción o amenazados, comprobar la calidad del agua mediante de la detección de las especies presentes en el ecosistema. Es posible colaborar en programas de eliminación o de control de especies, detección de nuevas especies; incluso ambientes portadores de especies con virus o bacterias como el dengue u otras enfermedades del trópico.

Detección de la especie invasora Procambarus clarkii a través del uso de eDNA en lagos andinos.

Procesamiento de muestras ambientales para análisis usando eDNA
A) Toma de muestras en el lago Yahuarcocha (B) Almacenamiento de muestras con eDNA en fundas ziploc (C) Pipeteo de reactivos durante el aislamiento de ADN (D) Tubos con muestras ambientales durante el aislamiento de ADN.

En la investigación, el monitoreo de la especie invasora Procambarus clarkii (cangrejo de río) fue realizado a partir del desarrollo de una nueva metodología utilizada para el control de especies invasoras; basada en el ADN ambiental. Los protocolos utilizados permitieron la detección de P. clarkii a partir de muestras de agua del lago Yahuarcocha, en donde los individuos estudiados han causado graves afectaciones a las especies nativas del lugar. De igual manera el estudio fue realizado en los lagos San Pablo y Mojanda pertenecientes a la región andina y ubicados en la provincia de Imbabura. Los resultados obtenidos usando el ADN ambiental muestran una eficiencia del 90.47% en la detección de la especie en el lago Yahuarcocha, comparándolo a un monitoreo tradicional basado en la captura con el uso de trampas. Para el desarrollo de la investigación se filtraron muestras de agua a través de membranas de nitrocelulosa para capturar el ADN y se utilizó un protocolo modificado para aislarlo; posteriormente, se usó cebadores específicos de la especie en una PCR punto final. Los resultados se visualizaron con electroforesis en geles de agarosa y los productos amplificados fueron secuenciados para confirmar el ADN de la especie estudiada.
Esta investigación fue la primera en describir el uso del ADN ambiental para la identificación de un macroinvertebrado invasivo en América Latina. Los resultados demuestran que el método es fácil de usar y puede proporcionar información importante sobre la detección de especies invasoras en el trópico.

Bibliografía

Barriga, R. (2012). Lista de peces de agua dulce e intermareales del Ecuador.

Brito, J., Camacho, M., & Vallejo, A. (2016). Mamíferos de Ecuador. Quito, Ecuador. [en línea]. Version 2016.0. Museo de Zoología, Pontificia Universidad Católica del Ecuador. Recuperado a partir de <http://zoologia.puce.edu.ec/Vertebrados/mamiferos/MamiferosEcuador/>

De la Torre, L., Navarrete, H., Muriel, P., Macía, M., & Balslev, H. (2008). Enciclopedia de las Plantas Útiles del Ecuador. Recuperado 16 de junio de 2017, a partir de https://www.researchgate.net/publication/310828407_Enciclopedia_de_las_Plantas_Utiles_del_Ecuador

Freile, J., Ahlman, R., Ridgely, R. S., Solano-Ugalde, A., Brinkhuizen, D., Navarrete, L., & Greenfield, P. J. (2015). Species lists of birds for South American countries and territories: Ecuador. Recuperado a partir de http://www.museum.lsu.edu/~Remsen/SACCCountryLists.htm

Jørgensen, P., Ulloa, C., & Maldonado, C. (2006). Riqueza de plantas vasculares. Botánica Económica de los Andes Centrales (pp. 37-50). Universidad Mayor de San Andrés, La Paz.

Larrea, C., Cuesta, F., Lopez, A., Greene, N., Iturralde, P., Maldonado, G., & Duque, D. (2015). Propuesta de Indicadores Nacionales de Biodiversidad: una contribución para el sistema nacional de monitoreo del patrimonio natural y para la evaluación del impacto de la implementación de la Estrategia Nacional de Biodiversidad y su Plan de Acción 2015-2020. Quito, Ecuador: MAE, CONDESAN, GIZ, PNUD-FMAM, USAB. Quito, Ecuador.

Riascos, L., Geerts, A., Oña, T., Goethals, P., Cevallos, J., Vanden Berghe, W., … Van der heyden, C. (sp.). DNA-based monitoring of the non-indigenous North American crayfish Procambarus clarkii in Andean lakes (Ecuador).

Ron, S. R., Yanez-Muñoz, M. H., Merino-VIteri, A., Ortiz, D. A., & Nicolalde, D. A. (2017). AmphibiaWebEcuador. Version 2017.0. Recuperado 17 de junio de 2017, a partir de < http://zoologia.puce.edu.ec/Vertebrados/anfibios>, acceso 17 de junio , 2017.

Torres-Carvajal, O., Salazar-Valenzuela, G., Pazmiño, A., Merino-Viteri, A., & Nicolalde, D. A. (2017). ReptiliaWebEcuador. Versión 2017.0. Museo de Zoología QCAZ, Pontificia Universidad Católica del Ecuador. Recuperado a partir de <http://zoologia.puce.edu.ec/Vertebrados/reptiles/reptilesEcuador>
Yánez, S., Valencia, R., Pitman, N., Endara, L., Ulloa, C., & Navarrete, H. (2011). Libro rojo de las plantas endèmicas del Ecuador (2a edición). Quito, Ecuador: Publicaciones del Herbario QCA, Pontificia Universidad Católica del Ecuador.




Num.8-2017 | Quántika: un laboratorio de física de bolsillo

La portabilidad de la tecnología permite ser un profesor innovador.

Gustavo Eduardo Salgado Enríquez   

Facultad de Ingeniería en Ciencias Agropecuarias y Ambientales

eduardosalgado6@gmail.com

Quántika es un emprendimiento, su objetivo es mejorar la calidad de la educación en países en vías de desarrollo, por medio de herramientas y técnicas basadas en dispositivos móviles para la enseñanza de la física.  Se usa las aplicaciones en Android, para recolectar y procesar datos provenientes de los sensores que se encuentran en los teléfonos celulares inteligentes y tabletas. En experimentos de laboratorio de física, incluyendo el diseño de experiencias que puedan realizarse, tanto en laboratorios tradicionales como fuera de ellos. Este emprendimiento, tuvo sus orígenes como proyecto ganador de los concursos de y el Talentos Científicos, organizados por el MCPEC y el Senescyt, por lo cual recibió acompañamiento en incubación y fue objeto de estudios de mercado, de factibilidad, de impacto social, de innovación y de sostenibilidad. La ventaja de que los estudiantes puedan realizar experimentos con sus propios teléfonos permite a éstos confrontar por sí mismos sus conocimientos; con los resultados de sus medidas y aprender física con la observación de su entorno cotidiano, a la vez permite implementar laboratorios de bajo coste, en centros con gran número de estudiantes o bajo presupuesto. El propio dispositivo, facilita la comunicación entre los estudiantes, facilitando el intercambio de archivos, imágenes, entre otros. Los resultados preliminares muestran, que el uso de los dispositivos móviles; incrementa el interés de los estudiantes por la física, facilita su comprensión conceptual, aumenta el trabajo autónomo y favorece el intercambio de resultados.

Según el primero y el segundo Estudio Regional comparativo de la Calidad de la Educación en el Ecuador, realizado por el Laboratorio Latinoamericano de Medida de la Calidad Educativa – Llece [Treviño, 2010], el Ecuador ha ocupado los últimos puestos en lo que respecta a Matemáticas y Ciencias, . En dicho estudio se indica,  que los factores asociados a este resultado, tienen que ver con la falta de utilización de experiencias prácticas;  que ayuden a comprender mejor los conceptos,  tanto científicos como matemáticos.

Lastimosamente,  los programas de dotación de laboratorios en las escuelas y colegios fiscales del país;  fue un estrepitoso fracaso, habiendo derrochado ingentes cantidades de dinero y no concretando en la construcción laboratorios de ciencias y matemáticas [Vogt, P. and Kuhn, J. 2012].

Con este derrotero en mente, un grupo de emprendedores ecuatorianos creó el programa científico Quark, un laboratorio virtual de física basado en Visual Basic de Excel,  que simulaba la recolección de datos en diversos experimentos de física clásica. Fueron varios los colegios que adquirieron este software, el cual tenía la ventaja de poseer una llave encriptada,  para cada usuario institucional, con el objetivo de que no sea pirateado. Pero el desarrollo de nuevas herramientas y difusión de la manera de copiar (hackearlo), hizo que este emprendimiento no prosperara.

Este laboratorio virtual, sirvió para realizar estudios de impacto de  las nuevas tecnologías en el aula, es así que se realizaron los primeros diseños experimentales para estudiar el efecto de este tipo de herramientas en el aprendizaje de los  estudiantes. Los resultados fueron prometedores y auguraban un éxito en el uso de herramientas computacionales, para el mejoramiento de la calidad de la educación.

Con este mismo enfoque, existieron varios programas computacionales, inclusive de corte gratuito, pero que no cumplían las expectativas de los estudiantes y los docentes, especialmente porque no se tomaba en cuenta, los desafíos que implica ser nativos digitales y usuarios consuetudinarios de avanzadas tecnologías.

Cuando el Ministerio Coordinador de la Producción, Empleo y Competitividad (MCCPEC),  abrió los concursos de emprendimientos, se presentó una versión actualizada del programa Quark, su nombre fue “Quántika, laboratorio virtual de física”, un software que simula experiencias de laboratorio de física, mediante la utilización del lenguaje Modellus, especializado en modelar diversas situaciones físicas. El objetivo de esta primera fase de Quántika, fue mejorar la calidad de la educación y estaba dirigido para ser usado en escuelas y colegios fiscales,  tanto del Ecuador, como de países en vías de desarrollo de Latinoamérica, África y Asia. Como este emprendimiento fue ganador, entró en un proceso de incubación y se realizaron estudios de factibilidad de mercado, estudios de logotipo, estudios legales y financieros que mostraban que este emprendimiento era patentable en el extranjero. Lastimosamente era fácilmente copiable por expertos.

Una segunda fase del emprendimiento “Quántika”, tuvo que ver con la imbricación de sensores electrónicos para la obtención de datos de experiencias de laboratorio de física, en esta fase se trabajaron diversas propuestas pedagógicas con laboratorios de bajo costo.

La mejor propuesta fue la inclusión de los teléfonos celulares inteligentes,  con el programa original de laboratorio virtual, lo que resultó que el emprendimiento Quántika, se orientara hacia el desarrollo de un hardware para la utilización de los móviles en el laboratorio y en el desarrollo y utilización de las aplicaciones;  que de forma gratuita se las puede bajar de Google Apps. Aquí es donde el emprendimiento se une al esfuerzo de la empresa Google en promover el desarrollo de la ciencia, por medio de las aplicaciones del Journal Science de Google.

De esta manera, se logró desarrollar un emprendimiento que ayude a mejorar la calidad de la educación del país, sea interesante para los jóvenes y no sea hackeable, ya que el software se ofrece de forma gratuita, pero el laboratorio Quántika es un conjunto de circuitos que sirven de interface entre la aplicación computacional y el teléfono celular inteligente.

La imbricación de una aplicación gratuita, con un procesador de alta capacidad de cómputo que los la mayoría de estudiantes llevan en su bolsillo, permitió acortar la brecha entre el conocimiento académico (abstracto) y a veces reservado de la investigación, y una relación contextualizada de con uno de los artefactos de mayor presencia e impacto entre los jóvenes de hoy.

De esta manera,  se está logrando implementar una empresa de base tecnológica (I+D+i) dedicada al desarrollo de laboratorios científicos y proyectos multidisciplinarios con énfasis en ciencias y de bajo costo, de utilización en colegios y universidades.

La implementación y pruebas en campo del Laboratorio Quántika, fueron llevadas a cabo en los Laboratorios del Centro de Física de la Universidad Central del Ecuador, con estudiantes de la asignatura de Física I de la Facultad de Ciencias Químicas, quienes realizaron las mediciones correspondientes,  a las prácticas de laboratorio de física.

Métodos

Para la implementación del Laboratorio Quántika con estudiantes universitarios, se utilizaron diversas aplicaciones, que permiten registrar los valores medidos por los sensores de los teléfonos celulares inteligentes, en particular se utilizó la aplicación gratuita Androsensor, que registra los datos y posibilita descargar en una computadora y analizar con el programa Origin Pro, que genera gráficos de alta calidad y análisis de los datos recopilados.

Sensores que poseen los teléfonos celulares inteligentes.

Para experiencias de mecánica clásica avanzada, se utilizó la aplicación iMeca, especializada en registrar y analizar valores provenientes del acelerómetro de los teléfonos móviles. Las prácticas tuvieron que ver con temas de cinemática y dinámica de un sólido rígido, movimiento relativo y mecánica lagrangiana.

La aplicación Audia y Sensor Mobile, fueron ideales para prácticas relacionadas con ondas y sonido. Para prácticas de mecánica se utilizó el sensor Kinetics, que mide todas las componentes de las magnitudes vectoriales según los tres ejes, x,y,z orientados como si estuvieran dibujados sobre la pantalla del celular.

Las principales ideas de las prácticas de laboratorio con teléfonos celulares inteligentes se tomaron de revistas científicas de física, en particular de la columna iPhysLab que aparece mensualmente en la revista The Physics Teacher [Vogt, P. and Kuhn, J. 2012], también de los artículos relacionados con teléfonos inteligentes publicados en el American Journal of Physics [Vogt, P. and Kuhn, J. 2013] y en el European Journal of Physics.

Datos para analizar el movimiento pendular.

Por el momento, el Laboratorio Quántika, posee tres módulos: mecánica, ondas y electromagnetismo, que están relacionados con el tipo de sensor presente en los teléfonos celulares inteligentes.

Para el módulo de mecánica, se utilizó el sensor de aceleración o acelerómetro, que son un conjunto de capacitores variables, con placas planas paralelas, cuyo efecto es similar al de una masa montada sobre un sistema de resortes, de tal manera que cuando el teléfono celular se acelera, cambia la distancia entre las placas paralelas, produciéndose una variación en la intensidad de corriente que atraviesa el condensador, cuyo efecto equivale a comprimir un resorte. A partir de esta variación de intensidad y luego de su calibración, con el software, se puede determinar la aceleración o fuerzas.

Con este módulo, se realizaron prácticas de laboratorio relativas a cinemática, dinámica, energía, rozamiento, impulso y cantidad de movimiento. El kit de Quántika para estos experimentos, consta de una regla de madera y un sujetador diseñado para colocar el teléfono sobre la regla, este dispositivo sujetador fue diseñado con este objetivo y realizado en una impresora 3 D.

Para este módulo, también se utilizó el sensor giroscópico, que está hecho de cerámicas piezoeléctricas, ubicadas en ejes perpendiculares, que si bien sirven para orientar la posición del teléfono, para este caso sirve,  para obtener datos que  se usa para el estudio de péndulos y del comportamiento de sistemas oscilantes en general.

Para el módulo de ondas, se utilizó el micrófono del celular, el cual sirvió para medir la velocidad del sonido en el aire, medir la frecuencia de un objeto en movimiento (efecto Doppler).

Para el módulo de electromagnetismo, se usó el magnetómetro incorporado en los celulares, el cual utiliza la fuerza de Lorentz, con el que se puede medir el campo magnético [g] de diferentes imanes, el efecto Hall, la intensidad, dirección, dependencia con la distancia y suma de campos, así como estudiar la variación del campo magnético, generado por una espira al variar distintos parámetros del sistema (distancia al centro, intensidad).

Actualmente, se encuentra en fase de desarrollo el producto estrella del Laboratorio: un osciloscopio que genera señales a partir de un circuito electrónico, conectado a un teléfono celular, cuyo precio de venta es una tercera parte de los osciloscopios para uso de laboratorio que existen en el mercado (v.g. Phywe).

El laboratorio Quántika, consta de un kit con los sujetadores par el celular, una regla de madera, una guía impresa para el profesor y las hojas para que los estudiantes trabajen con los distintos módulos. Un componente clave del laboratorio Quántika, es la capacitación para el uso de las aplicaciones, tanto a los profesores, como a los estudiantes. Como primer paso, este paquete se ofrece para prácticas de estudiantes de colegio.

Teléfono en el montaje para el laboratorio.

Para concluir se señala que, el Laboratorio Quántika es prometedor para su uso en varias carreras de ciencias tales como: Física, Matemáticas, Química, Geología y Biología, así como en todas las carreras de ingeniería, ya que el potencial de estos dispositivos se multiplica y el desarrollo de las aplicaciones va cada día en aumento, además si se observa el precio de estos aparatos disminuye y su disponibilidad crece exponencialmente en todo el mundo.

Resultados

El Laboratorio Quántika, ganó el concurso de emprendimientos tecnológicos organizado por el Ministerio Coordinador de la Producción, Empleo y Competitividad en su primera versión como software de laboratorio virtual para colegios, posteriormente se determinó que era conveniente desarrollar un kit con implementos desarrollados en impresoras 3D, así mismo se ofrece un hardware para el usuario y se oferta unacapacitación sobre la utilización del software libre que se encuentra en Google Play.

Como empresa, Quántika ha desarrollado un osciloscopio de baja intensidad como producto estrella, el mismo que es ofrecido a colegios y universidades, para la realización de prácticas de física. Al utilizar los teléfonos inteligentes de los propios estudiantes, los precios de los productos son altamente competitivos, pudiendo en precios con marcas extranjeras de laboratorios de física, que se encuentran posicionadas en el mercado desde hace varios años.

Otro punto importante del Laboratorio Quántika, es la calidad de la salida de los datos, ya que el uso de aplicaciones específicas para este fin ha hecho que se obtenga una calidad muy alta en los gráficos y resultados que arroja las pantallas digitales de los teléfonos celulares actuales.

En el transcurso de las experiencias de laboratorio realizadas, se utilizó un diseño experimental de dos grupos, uno fue el grupo experimental que trabajó las prácticas con los teléfonos celulares y el otro un grupo control sin uso de teléfonos celulares en las prácticas. A ambos grupos se les aplicó un pretest y un post-test referidos a habilidades de los temas de física tratados, el análisis de los Anova y de las regresiones pre y post-test, muestran una diferencia significativa (positiva) de 15% ± 5% relativa a un mayor desarrollo de habilidades definidas en el syllabus de Física.

Referencias

  1. Treviño, E. et al. (2010). Factores asociados al logro cognitivo de los estudiantes de América Latina y el Caribe. Unesco-Llece.
  2. Vogt, P. and Kuhn, J. (2012). Phys. Teach. 50, 182
  3. Vogt, P. and Kuhn, J. (2012). Phys. Teach. 50, 439-440
  4. Vogt, P. and Kuhn, J. (2013). Phys. Teach. 51, 182

 

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Num.7-2016 | Abstract English Version

Abstract English Version


Niche models: two decades from their birth

Several changes in civilizations were achieved based on the historical development of tools. Starting from the creation of rudimentary instruments to the technological advances of modern civilizations, which have allowed counterbalance natural impacts and explore new environments even far off our planet. The biological sciences have not been left out of this progress; an example of this is the development of computational tools that allow the use of species’ Ecological Niche Models (ENM). The ENM are algorithms that follow sequences of logical instructions that link geo-referenced information from the species, and data from digitized environmental variables, they reconstruct the niche of species in a multidimensional environmental ecological space, and then projects the ecological niche back to the geographical area, in which favorable environmental conditions for the species are recognized. Currently they have achieved diverse applications towards analysis and conservation of biodiversity.

Wireless Sensor Network Using IPv6 to Monitor Remote Crops

The implementation of a wireless sensor network (WSN) using internet protocol version 6 (IPv6), allows remote monitoring in real time of short-cycle crop environmental factors at the La Pradera farm of the Universidad Técnica del Norte. Counting on wireless sensor networks is beneficial due to its accessible costs, economic maintenance, and low energy usage; this last characteristic is the one that allows us to have a stable network, because the nodes can be fed with green energy, in this case solar paneles, thus allowing monitoring of larger areas and distances in real time. Counting on real time monitoring of environmental factors allows the crop administrator to: have reliable information to make decisions, possibly to program controlled irrigation; the benefit increases more if platforms such as cloud-based Platforms as a Service (PAAS) are taken advantage of, which allow visualization of the data from any intelligent device with internet access using a web navigator.

Macro and microphotography to document BIODIVERSITY

Macro and microphotography are photographic techniques to document objects that cannot be observed with simple sight. Pioneers of these techniques are: Santiago Ramón y Cajal, Arthur E. Smith, Wilson Bentley and Frank Percy Smith. Microphotography involves reproduction rations between 1:1 and 25:1; microphotography applies where ratios are higher than 25:1. With basic equipment and simple techniques, high quality photographs can be obtained. The level of detail of an image is related to the depth of the field. The cleanliness of the material, the use of backgrounds, the placement of scales, and the correct selection of lenses contribute to the quality of the photograph. Working in RAW should be a norm when possible. Distinct graphic processors help with the editing and finally correct decisions about the characteristics of the publication medium (be it physical or digital) will highlight the photograph.

Modern techniques to naturally preserve food products

In the recent years, technologies associated with food processing and food safety standards (ISO/TS 22002-1:2009) has declined but has not eliminated the chance of food-related diseases. Presently, numerous research projects are focusing on finding new alternatives to ensure the food safety of the consumer y accordingly to reduce the loss of food products, however, preservation through natural microflora and (or) of its antibacterial products may provide the potential to extend the shelf life and food safety. Here we briefly describe the new approach in exploiting the microbiota natural of native lactic acid bacteria as new tool in natural food products preservation.




Num.7-2016-Art.4 | Macro y Microfotografía para documentar la BIODIVERSIDAD

Macro y Microfotografía para documentar la BIODIVERSIDAD

Vladimir Carvajal López
Sección Invertebrados. Instituto de Ciencias Biológicas
Escuela Politécnica Nacional
Correspondiente: vladimir.carvajal@epn.edu.ec

La macro y microfotografía son técnicas fotográficas que se desarrollaron paralelamente con la necesidad de documentar aquello que no podíamos observar a simple vista. Hasta hace poco, estos procesos, debido a sus altos costos y requerimientos estuvieron relegadas para la mayoría de los investigadores y entusiastas científicos. Con la digitalización de los sistemas, el avance de la de la tecnología y el abaratamiento de los costos de los equipos (Martínez Mena A., 1994), estos procesos fotográficos se están expandiendo y constituyendo en herramientas fundamentales a la hora de documentar y describir hallazgos científicos (Martínez Mena J., 1994). Innumerables libros y páginas web que describen a insectos, arañas, flores, polen, plancton, etc., son a diario publicados usando estas técnicas. En ese ámbito, esta descripción no pretende ser más que una pequeña introducción hacia la macro y microfotografía, con el fin de estimular a los iniciados a profundizar sus conocimientos y experiencias en torno a la fotodocumentación científica de las pequeñas cosas.

 

Algunos referentes históricos

 

El español Santiago Ramón y Cajal (1852-1934), premio Nobel 1906, fue uno de los pioneros de la fotografía de objetos pequeños y muy pequeños, cuando capturó estupendamente, usando un equipo de microfotografía Koristka, la estructura de las neuronas (De Felipe J., 2005).

Otro referente de esta técnica la encontramos en Arthur E. Smith y sus asombrosas fotografías de insectos y otros invertebrados publicadas en el libro: Nature through Microscope and Camera (Naturaleza a través del microscopio y la cámara) de Richard Kerr (1909).

De manera contemporánea, se desarrolló el formidable trabajo del naturalista Wilson Bentley (1865-1931), que durante 40 inviernos se dedicó a fotografiar los procesos de cristalización de los copos de nieve; o de Frank Percy Smith (1880-1945), pionero de la cinematografía, el time-lapse y la microfotografía, cuyo trabajo más destacado fue la película “Los secretos de la Naturaleza“ de 1922.

Actualmente, la digitalización de los equipos y la reducción en los costos de fabricación permiten que un estudiante, con un equipo básico y aplicando técnicas simples, pueda obtener, hasta cierto límite, fotografías que rivalizan con aquellas generadas en sistemas y equipos más costosos, y que sólo pueden ser costeadas por grandes laboratorios o universidades.

Si nos vamos a entusiasmar al leer estas alentadoras palabras, primero debemos entender definiciones básicas, además de los límites y bondades de estas técnicas.

Fig 1. Equipo de fotomacroscopía del Sr. Arthur E. Smith. Foto tomada de: Richard et al., 1909. Nature through Microscope and Camera).

 

La diversidad de las cosas pequeñas

 

El Ecuador es conocido como un país megadiverso. Gran parte de esa diversidad se halla constituida por pequeños organismos como insectos, arañas, crustáceos, oligoquetos, líquenes, algas, zoo y fitoplancton; también por las estructuras que conforman a estos organismos como pelos, antenas, nerviaciones, células, etc., y por sus comportamientos; los cuales son vistos únicamente con ayuda de equipos ópticos de amplificación.

Las técnicas de macro y microfotografía nos ayudan a capturar y compartir estos descubrimientos, plasmándolos en una imagen que puede ser reproducida miles de veces, potenciando y consolidando de manera pragmática cualquier hallazgo o aprendizaje científico. Además se constituyen en herramientas efectivas de sensibilización para la comunidad, a la hora de argumentar con evidencias sobre la riqueza biológica que poseemos y motivar su conservación.

 

Algunos conceptos y definiciones

 

Se denomina macrofotografía a la elaboración de fotografías a partir de una aproximación extrema de la película o sensor al objeto de nuestro interés, al punto de permitirnos ver detalles que a simple vista nuestra capacidad de resolución óptica no lo puede hacer. Eso significa que las imágenes tendrán un ratio (relación) de aspecto, entre 1:1 a 25:1; por lo tanto, un objeto será captado en el sensor de la cámara a un tamaño igual o mayor al que se aprecia a simple vista. Cuando este ratio es mayor a 25:1 estamos hablando de microfotografía.

Para realizar macrofotografía se requiere de una cámara fotográfica (réflex o compacta con función macro), lentes macro o lentillas de aproximación (close up), tubos extensores, fuelles e iluminación externa como flashes o luces led; y en algunos casos fondos de colores para contrastar la imagen. También se puede utilizar un estereomicroscopio bi o trilocular con adaptador.

Para realizar microfotografía se requiere de los mismos aparatos que para la macrofotografía, pero además es necesario proveernos de adaptadores para acoplar la cámara y un microscopio bi o trilocular (Freeman M., 2004).

Actualmente se ha popularizado el uso, por parte de estudiantes y entusiastas, de las cámaras que poseen los teléfonos inteligentes acoplados al ocular del microscopio, generando resultados bastante aceptables en función de la óptica de estos equipos (Arce F.P. et al., 2001).

Si bien hemos planteado que se pueden usar diversos equipos que pueden tomar fotografías, es necesario entender que más megapíxeles no necesariamente hacen una mejor fotografía.

La calidad fotográfica depende más del tamaño del sensor (a mayor tamaño, mayor cantidad de fotones capturados) y de la calidad de las ópticas, las cuales poseen filtros que disminuyen la distorsión que se genera cuando la luz atraviesa los cristales de las lentes. Sin embargo muchos de estos limitantes pueden ser corregidos o mejorados mediante un buen software fotográfico (Nieto F., 2015).

 

Luz, luz y más luz

 

La palabra fotografía proviene del griego: phos (luz) y grafis (escritura) y significa escribir o dibujar con luz. Para tener éxito en realizar nuestras macrofotografías debemos practicar manipulando la luz. En la macrofotografía las imágenes deben lucir tridimensionales y no planas, y eso se logra cambiando el ángulo de incidencia de las fuentes lumínicas.

En la microfotografía lo usual es que las imágenes sean bidimensionales por usar luz transmitida, pero excepcionalmente se pueden lograr fotografías con mayor profundidad de campo.

La luz utilizada no debe ser dura porque quema la imagen generando zonas totalmente blancas; para impedir este problema es mejor usar pantallas que difuminen y equilibren la cantidad de luz que llega al objeto que deseamos capturar. También necesitamos entender que cuanto más se aleja el objeto del sensor, mayor cantidad de luz se requiere (por cada unidad de distancia que nos alejamos, la luz se reduce cuatro veces). Esta regla es preciso tomarla en cuenta, sobre todo, cuando trabajemos con tubos extensores y fuelles (Freeman M., 2005).

 

Ampliación

 

El método más simple para desarrollar una fotografía macro es colocar una lupa delante del lente de la cámara. Este procedimiento aunque útil es inexacto. Para conocer el grado de ampliación, es decir, la relación entre el tamaño del sujeto real y su imagen en el sensor usamos la relación de ampliación.

La relación de reproducción expresa la relación de tamaño entre el sujeto a ser fotografiado y la imagen que genera en la película o sensor (Freeman M., 2005). Esta relación puede definirse como x:y, donde x expresa el tamaño de sujeto y el valor de y indica la dimensión con la que se reproduce en el sensor.

Por ejemplo, si consideramos un sensor APS-C cuyo tamaño es 25.1 × 16.7 mm y fotografiamos un sujeto de 25mm, que genera una imagen en el sensor de 8.3 mm, este producirá una ampliación de 1:3, ya que 25:8.3 = 3. Es decir que el sujeto forma en el sensor una imagen más pequeña que la real. Si el sujeto midiese 25 mm, tendríamos una relación de reproducción de 1:1, ya que 25:25 = 1. En ese momento ya estaríamos realizando macrofotografía, pues el sujeto se representaría en su tamaño real.

De igual manera, si el sujeto tiene 5mm y se genera en el sensor una imagen de 25mm, estaríamos generando un mayor aumento que el tamaño real del objeto, puesto que 25:5 = 5, generando una relación de reproducción 5:1.

La relación de reproducción se puede incrementar de tres maneras: a) usando lentes de aumento como: close up, lentes macro o inversión de lentes, b) extendiendo la longitud focal entre el sensor y el sujeto usando tubos de extensión o fuelles; y c) usando una combinación de las dos anteriores (Nieto F., 2015).

Fig 2. Ejemplos de macrofotografías con altas relaciones de reproducción. b) Relación de reproducción 2.5:1; y c) relación de reproducción 9:1. Fotos: Vladimir Carvajal L.

 

 

Fig 2. Ejemplos de macrofotografías con altas relaciones de reproducción. b) Relación de reproducción 2.5:1; y c) relación de reproducción 9:1. Fotos: Vladimir Carvajal L.

 

 

Aumentando el detalle

 

El detalle de una fotografía está relacionado con la profundidad de campo. Para aumentar la profundidad de campo cerramos el diafragma de la lente (Freeman M., 2004). No es conveniente cerrar por completo el diafragma porque genera distorsiones y aberraciones cromáticas.

Lo mejor es usar aperturas medias f:8 a f:11 y solo en casos extremos elevar este valor. Cuando los objetos son muy pequeños ni siquiera los diafragmas muy cerrados permiten obtener un enfoque adecuado. En este caso se puede utilizar la técnica de apilamiento, la que será motivo de otro artículo.

Para evitar la trepidación (fotos movidas), es necesario usar plataformas o trípodes sólidos; además es conveniente usar un cable de disparo, y si la cámara posee la opción, aplicar el espejo levantado para realizar la foto.

 

Fig 3. Ejemplo de escala referencial para determinar una relación de reproducción 1:1. Foto: Vladimir Carvajal L.

 

Algunos trucos

A la hora de tomar la fotografía es recomendable limpiar al sujeto con una brocha suave o una perilla de goma para soplar aire. Luego colocarlo en un soporte con un color oscuro para eliminarlo en la edición. También se debe colocar un fondo de color uniforme y mate para evitar el rebote de la luz.

El fondo es mejor que se encuentre separado entre diez a 15 cm del sujeto para generar un agradable difuminado.

Las correcciones de enfoque usualmente se realizan a través del ocular o de la pantalla de la cámara pero hacerlo es muy molesto y puede incurrir en mover o alterar el enfoque inicial.

Lo recomendable es usar la salida de video o HDMI si la cámara posee este puerto, para conectarla a un televisor o monitor y a partir de ahí realizar el muestreo y toma de la imagen.

Una ayuda muy significativa, es colocar una escala referencial que nos permita determinar longitudes y calcular las escala de reproducción del elemento registrado.

Si vamos a realizar microfotografías es necesario considerar que la calidad de las ópticas del microscopio incide mucho en el resultado, de tal manera que si podemos elegir el equipo estamos contribuyendo con un 50% a la obtención de buenas imágenes.

Por experiencia se recomienda que los equipos tengan lentes objetivos de tipo planar enfocados al infinito y que usualmente se los reconoce por presentar este símbolo.

Procuraremos cerrar el diafragma del microscopio y si es necesario agregar un filtro azul para mejorar el detalle.

Luego en la edición corregiremos la temperatura de la luz generada por las luces de tungsteno o luces led.

Si estamos usando una cámara compacta adherida mediante adaptador, deberemos usar el zoom para evitar el efecto túnel (viñeteo) y aplicaremos el temporizador para tomar de la fotografía y evitar la vibración (Nieto F., 2015).

 

Fig 4. Ejemplo de Microfotografía. Polen de Pentacallia vaccinioides (Asteraceae). Relación de reproducción 500:1. Foto: Vladimir Carvajal L.

 

 

El procesamiento

 

Otro factor que puede incidir en la fotografía es el procesamiento digital de la imagen. Fotos tomadas en formato JPG son de menor tamaño, pero tienen menores posibilidades de ser editadas; por ello, lo recomendable es tomar las imágenes en archivos RAW sin compresión. Este formato mantiene toda la información y características de la fotografía al momento de la toma. Ya procesada y con valores que nos satisfagan, la foto puede ser convertida a formato JPG, en distintos grados de compresión. Si se trata de una cámara compacta que no posee archivos RAW, se pueden guardar los archivos en el formato nativo y luego convertirlos a formato tif para editarlos.

Para la edición científica de las imágenes capturadas, a más del software propio de la cámara o de procesadores de fotografías como Photoshop o Gimp, podemos contar con programas tipo Open Source de mucha ayuda como Darktable o el super útil ImageJ, ideal para el análisis de imágenes científicas.

 

Reproducción de la fotografía

 

Para finalizar necesitamos que nuestra fotografía se publique, sea en un medio impreso o digital. Para ello, si la imagen va a un medio impreso lo óptimo es que esté calibrada a 200 ppp (pixeles por pulgada), pero si va a ser publicada en una página web puede reproducirse perfectamente a 75 ppp. También es necesario realizar una prueba de impresión para verificar colores, luces y sombras, debido principalmente a que no estamos acostumbramos a calibrar nuestra pantalla de computador, la cual puede hallarse con intensidades de luz distintas, que nos hacen creer que los valores que vemos son los correctos.

 




Num.6-2016 | Abstract English Version

Abstract English Version


Characterisation in vitro of new probiotic strains isolated from native ecological niches of Ecuador

Ecuador, a country known by its biodiversity, is importing probiotic products for their use in the food and pharmaceutical industry. The new challenge is to identify new native probiotic strains, to explore their functional properties in order to obtain new products with valuable biotecnological potential. The oral consumption of probiotic microorganisms produces a protective effect in the intestinal flora, however, researchers have found beside the nutrients, other varieties of characteristics in the food. Taking into account the importance of probiotics in the world, as well as that in Ecuador there is any study regarding the presence of lactic acid bacteria in native microbiota, in this study, were isolated, identified and evaluated the possible probiotic characteristics and the antagonistic properties in vitro of the bacteria of the lactic acid (20 strains) in native niches from the subtropical jungle in Ecuador through methods of basic microbiology, biochemistry and molecular biology.

Phytoremediation; an alternative for sanitation and conservation of water resources.

Nowadays the aquatic ecosystems are vulnerable to the contamination of water resources; this process is the result of the demographic growing and the industrialization which has provoked the deteriorative state of them. The adequate treatment of these resources guarantees that the natural characteristics of the water are held. Nevertheless, there are not many treatments friendly with the environment. At present technology has enabled to develop processes that value the sustainability of the ecosystem, the landscape and the environmental impact. From these techniques the phytoremediation is emphasized, where the plants, through root absorption and symbiotic relations with microorganisms, cooperate in capitation processes, transport and in the removal of contaminants. Eichhornia crassipes, Lemna minor, Schoenoplectus californicus and Typha latifolia are species broadly used in artificial wetlands due to their capabilities of absorption and contaminant removal. Many projects have been brought up looking forward to recover water bodies in the region to improve the life quality of the population. One of this projects is being developed at Yahuarcocha lake, where is intended to implement technologies in wetlands of Thypa latifolia in the zones which are most exposed to contamination, verifying the removal capability of heavy metals from wastewaters, both the individuals of this specie, as the microorganisms related to their microhabitat.

UTN on the Antarctic Continent

The Antarctic constitutes one of cleanest places on Earth which nowadays is bounded to researching purposes. Ecuador has a summer-only station in Greenwich Island on the Antarctic Peninsula, at this place a diverse type of research are performed, thanks to a cooperation agreement between the “Universidad Técnica del Norte” (UTN) and the “Insituto Nacional Antartico Ecuatoriano” (INAE). Each year an Ecuadorian expedition is performed, and during the years 2012 and 2013 UTN took part in them, and this has allowed the expedition to obtain samples of soil, rocks, and flora species such as mosses and lichens, which are now at the Environmental Research Laboratories (LABINAM) of the university, where teachers and students are performing research projects, enhancing the UTN Antarctic program.

There is nothing more natural than a transgenic

This article represents a criticview of the organisms (GMO), the organic and natural products and their relationship with thegenetic phenomenon called horizontalgene transfer (HGT). In brief, practically all the current species in the world have been “contaminated” with foreign DNA (by HGT). On the other hand, modern techniques of genetic manipulation produce in the last few decades transgenic products. In essence, the transgenic products represent a particular case of HGT directed by genetic engineers. Following this argument, we always have been eating transgenic products with the only difference that now we are able to choose which gene we want to transfer to our food. The next time that you eat an organic apple think that it could be transgenic too!

 




Num.6-2016-Art.6 | Mycorrhizal fungi: biodiversity and use in agriculture

Mycorrhizal fungi: biodiversity and use in agriculture

Marco Nuti
University of Pisa, Italy
mn.marconuti@gmail.com

The mycorrhizal fungi relevant for agriculture include (a) a group of ectomycorrhizal (EM) symbionts of trees and shrubs (e.g. the “truffles”, Ascomycota belonging to Tuber spp., and the edible Basidiomycota such as Boletus spp.) forming a mantle around the plant root apex and (b) a group of obligate endosymbionts (phylum Glomeromycota) of plant roots, called AMF or arbuscular mycorrhizal fungi, forming mutualistic symbioses with about 80% of land plant species, including many agricultural crops. There are other groups of endomycorrhizas with more limited range of plant symbionts, i.e. Ericales and Orchidaceae. Mycorrhizal fungi are considered natural bio-fertilizers, providing the plant with nutrients (e.g. assimilable phosphorus, sulphates, ammonium), water, and protection against pathogens, in exchange for photosynthetic plant products, e.g. organic carbon, such as glucides.

Scheme of an ectomycorrhizal fungal colony (without fruit bodies). Shown is a scheme of an ectomycorrhizal fungal colony (upper part) and photographs of the respective fungal structures (lower part, from left to right: soil-growing hyphae, rhizomorph, ectomycorrhiza).
Copyright © 2016 Society for Experimental Biology

The mechanism of mutual benefit is relatively simple: the fungal mycelium that emerges from the root canopy acquires water and nutrients from larger soil volumes that are inaccessible to roots, i.e. beyond the root depletion zone. The fungal hyphae, which colonize the plant root cortex (AMF) or the external cortex or epidermal cells (EM) on one side and elongate into the bulk soil on the other side, are much thinner than the plant roots, hence able to penetrate smaller pores and explore more soil volumes. Furthermore, AM fungi can also have a direct effect on the ecosystem: they contribute to reducing emissions of N2O, to improving plant tolerance to drought and salinity, to ameliorating the soil structure and aggregation, and to driving the structure of plant communities and productivity (Berruti et al. 2016).

Cultivation of truffles
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There are 6.000 species of ectomycorrhizal fungi. However, only a relatively restricted number has been subjected to extensive study for their exploitation in agriculture. Among the latter group, the species of the genus Tuber, namely T. aestivum Vitt., T. borchii Vitt., T. brumale Vitt., T. dryophilum Tul., T. maculatum Vitt., T. macrosporum Vitt., T. magnatum Pico, and T. melanosporum Vitt. The interest in truffles is driven by their high market price market, their unique aroma, and the limited “cultivatable” areas. The most significant steps of our knowledge in the last three four decades include (i) development of artificially inoculated plants (with “crude inoculum” or pure Tuber spp. cultures) in the nursery, ready for transplant to the open field, (ii) development of DNA probes for unambiguous identification of truffle species (Tuber borchii Vitt.,T. brumale Vitt., T. dryophilum Tul., T. magnatum Pico, T. maculatum Vitt., T. melanosporum Vitt., T.puberulum Berk e Br., T.indicum Cooke e Mass., and T. indicum var. himalayensis), (iii) application of proteomics for identification of local races, (iv) elucidation of the trophic and pedoclimatic factors affecting the physiology and growth of sporocarps (i.e. the edible part of the truffles), (v) the improvement of technology for storage of mature sporocarps over time; patents have been filed covering the production of natural truffle aroma by pure cultures of ruffle associated bacteria, (vi) experimental evidence that bacteria are constantly present in the sporocarps at a density of 105-108 cells /g d.w.

Currently the recognized roles of the associated bacteria include their involvement in spore germination and hyphal differentiation leading to sporocarp formation, protection of the truffle against pathogens, stimulation of mycorrhization, hyphal growth and mycelial net formation, and truffle aroma formation in T. aestivum, T.borchii, T. magnatum, and T.melanosporum (only bacteria can synthesize volatile compounds containing sulphur, e.g. thiophene; Vahdatzadeh et al. 2015).

Tuber borchii Vitt., in soil. These truffle spores not only give your tree the capacity to host a highly prized fungi; the treatment will also improve your trees health by improving its capacity to fight infections and unlock otherwise unavailable nutrients from the soil.
Photo: www.totallytruffles.co.uk/store/p19/Tuscany_truffle_%28Tuber_borchii%29_spores_in_soil_%28100g%29.html

Since the first truffle plantations were established in Italy and France in the 80’s, many field studies have been carried out to improve their productivity and sustainability. It is now widely accepted that the success of a truffle plantations is related to the mycorrhizal status of the host trees over the years, from inoculated seedlings to truffle-producing trees, and that the microbiome of a truffle orchard plays an essential role for the sporocarp production, growth and yield per plant.

-The arbuscular mycorrhizal fungi exclusively colonize the plant root cortex and form highly branched structures inside the cells, i.e. the arbuscules, which are considered the functional site of nutrient exchange (Balestrini et al., 2015). The specificity of this mutualistic relationship is not fully elucidated, although studies of meta-analysis of data clearly show that the use of AMF inoculation in the field leads to benefits for yield and quality of the crops produced. As an example, Pellegrino et al. (2015) have shown that field AMF inoculation of wheat increases: aboveground biomass, grain yield, harvest index, aboveground biomass, P concentration and content, straw P content, aboveground biomass N concentration and content, grain N content and grain Zn concentration. Similar experimental evidence is being obtained for legumes, other cereals, coffee, and potatoes. Unfortunately, since AM fungi are obligate symbionts, they cannot be cultivated so far in pure culture. Therefore the production of inoculants represents a quite challenging agro-industrial process, particularly in the quality-control phase. In addition, it is clear from the most recent findings that inoculants based on microbiomes, instead of solely AM fungi, are better performing as bio-fertilizers (Nuti and Giovannetti 2015). Therefore the choice of the appropriate inoculant can be one of the factors which ultimately affect the success of the inoculation, after a careful selection of the favorable plant/ niche/fungus/microbiome combinations.

Tuber melanosporum.,Vitt., spores in compost
Photo: http://www.totallytruffles.co.uk/store/p26/Black_truffle_%28Tuber_melanosporum%29_spores_in_compost_%28100g%29.html

Despite its enormous potential, the application of AMF in agriculture has not been fully adopted by farmers so far. Berruti et al. (2016) underline that “since indigenous AMF have been demonstrated to be equally or even better performing than commercial or culture collection isolates, farmers are encouraged to autonomously produce their AMF inocula, starting from native soils. This makes the bio-fertilization technology more likely to be affordable for farmers, including those in developing countries who need their cropping system to be as highly sustainable as possible”.




Num.6-2016-Art.5 | No hay nada más natural que un transgénico

No hay nada más natural que un transgénico

Vinicio Armijos
Docente FICAYA / Biotecnología
vdarmijos@utn.edu.ec

Normalmente, cuando hablamos de transgénicos nos referimos a aquellos individuos que han sido modificados por los humanos mediante técnicas avanzadas de ingeniería genética; es decir, manipulando de manera dirigida la información que llevan en las células.

En la actualidad los alimentos naturales son realmente apreciados en mercados europeos o norteamericanos, y también en Ecuador van ganando espacio en las perchas de los supermercados o en comercios especializados. Sin embargo, dada la ambigüedad del término “natural”, es necesario primero definir a este tipo de alimentos para poder hablar de ellos con mayor precisión. He revisado varios conceptos al respecto y existe una amplia gama de definiciones rondando por ahí… Existen autores que equiparan a los productos naturales con los orgánicos y ecológicos y otros que los diferencian estrictamente. Por ejemplo, Castellani y Castellani (2014) afirman que un producto natural es aquel que ha sido procesado, empaquetado y almacenado sin emplear aditivos químicos; dicho de forma sencilla, son aquellos que no contienen ingredientes o aditivos sintéticos (HealthyChildren.org, 2015). Según estas definiciones, los alimentos naturales podrían incluir transgénicos o cisgénicos (alimentos con genes implantados de la misma especie), dado que, en ambos casos, no provienen de la síntesis química sino de la manipulación genética.

A pesar de este purismo conceptual, dudo que los consumidores de alimentos naturales, orgánicos o ecológicos se sientan felices al encontrar la palabra transgénico en la etiqueta de su caro producto. De hecho, así lo pone de manifiesto el Blog BUENA SIEMBRA, que sostiene: “Los alimentos naturales no incluyen bajo ningún concepto alimentos transgénicos o que se han cultivado o criado utilizando químicos, pesticidas, aditivos y otros procesos no saludables que suele emplear la industria agro-alimentaria” (Pérez, 2011). Para unificar criterios, la definición operacional que usaré en este artículo será: Un alimento natural es aquél que no contiene elementos de síntesis química ni de organismos genéticamente modificados (OGM). Perfecto, ahora que todo está claro pasemos a los OGM.

La naturaleza ha jugado con la transgénesis posiblemente desde que la vida empezó a evolucionar. A este proceso se lo conoce como transferencia horizontal de genes (THG) y en esencia, el resultado es un transgénico.

Fig 1. Pancarta colocada en Madrid-España en protesta contra los transgénicos. Los manifestantes protestaron por la posible contaminación que podían producir los transgénicos hacia los productos orgánicos. Fotografía reproducida bajo licencia Creative Commons Foto: Mr. Tickle

Los OGM, según la FDA (U.S Food and Drug Administration), son todos aquellos organismos que han sido modificados genéticamente por técnicas modernas como la ingeniería genética; o, tradicionales como la selección artificial (Maryanski, 2009). No obstante, la percepción del público va acorde con la definición del Parlamento Europeo en la cual se excluyen las modificaciones genéticas tradicionales (Parlement européen, 2001). Utilizaremos esta segunda definición para coincidir con la percepción popular. Así entonces, podemos afirmar que los denominados alimentos transgénicos y cisgénicos provienen de OGM y que los consumidores de alimentos naturales (y muchos otros) se oponen a consumir este tipo de productos (Fig 1). Disculpen mi obsesión por los conceptos, pero aún nos falta definir a los transgénicos. Se llaman organismos transgénicos a aquellos que han recibido un gen o genes desde una especie o especies diferentes a la del organismo receptor. Con esto se generan combinaciones de genes que no se producirían normalmente en la naturaleza. ¿O sí? Bueno aquí es donde empieza el debate.

Normalmente, cuando hablamos de transgénicos nos referimos a aquellos individuos que han sido modificados por los humanos mediante técnicas avanzadas de ingeniería genética; es decir, manipulando de manera dirigida la información que llevan en las células. Esto normalmente con el afán de mejorar alguna o varias de las cualidades del organismo manipulado. Pero, nos olvidamos del hecho de que no sólo de esa forma se realizan transgénicos.

La naturaleza ha jugado con la transgénesis posiblemente desde que la vida empezó a evolucionar. A este proceso se lo conoce como transferencia horizontal de genes (THG) y en esencia, el resultado es un transgénico. La THG básicamente es el paso de ADN por medios diferentes a los ocurridos en la transferencia de información genética de padres a hijos (transferencia vertical) (Fig 2).

Fig 2. Diferencias entre la transferencia horizontal de
genes y la transferencia vertical. Esquema creado por
Gregorius Pilosus y protegido por licencia Creative
Commons.

Aunque la THG se puede dar entre miembros de una misma especie, por el momento nos centraremos en la THG entre especies. Los ejemplos de THG se encuentran por doquier y las especialistas en este ámbito son las bacterias (Fig 3). Estos organismos adquieren una notable cantidad de genes por este medio. Gran parte de la variabilidad que poseen las bacterias y por ende la alta biodiversidad de estas, se debe a que comparten genes con sus vecinas. Bastante más complicado es el paso de genes de manera horizontal hacia organismos pluricelulares como los animales y las plantas; sin embargo sucede, y con una frecuencia mayor a la que hubiésemos imaginado. Hoy en día la literatura científica recoge ejemplos de THG entre organismos tan distintos como bacterias hacia animales, plantas hacia hongos, hongos hacia animales, entre otras combinaciones (Fig 4). Prácticamente en todos los reinos de la vida se han registrado THG desde organismos lejanos. En esencia, estamos hablando de transgénicos naturales que siempre han estado presentes en la historia de la vida y que han incrementado de manera ostensible la biodiversidad en el mundo. Para no ir más lejos, ¡nosotros somos transgénicos!

Cuando se realizó el primer borrador del genoma humano se detectaron cientos de eventos de transferencia horizontal provenientes de bacterias. Con el tiempo se corrigieron errores y se observó que el número no era tan elevado. A pesar de ello, un estudio reciente publicado en la revista Genome Biology encontró 145 eventos de THG provenientes de virus, bacterias y otros organismos unicelulares que se encuentran estables dentro de nuestras células (Crisp, Boschetti, Perry, Tunnacliffe, y Micklem, 2015). Lo mismo ocurre con nuestros alimentos habituales, aquellos que la raza humana ha venido consumiendo antes y después de la agricultura y antes y después de la ingeniería genética. Me pregunto yo ¿si eso no es natural qué puede serlo?

Se ha observado transferencia horizontal en trigo, arroz, maíz, soya, camote y muchos otros.

ig 3. Esquema de la transferencia horizontal de material genético entre bacterias a través de una estructura especializada
denominada pilus. Modificado de la Figura de Mike Jones bajo licencia Creative Commons

Con respecto a los animales, la información es más escasa, pero aun así se han observado genes foráneos en el genoma de vacas, murciélagos y ratones silvestres. Las pruebas indican entonces que hemos estado consumiendo transgénicos toda nuestra vida. Lo que hemos “inventado” los humanos (la transgénesis), la naturaleza lo ha venido usando a lo largo de la historia.

No debemos pensar tampoco que la THG es un evento corriente. Todos los ejemplos antes mencionados han ocurrido durante millones de años; y, aunque la probabilidad de una transferencia horizontal en nuestro tiempo de vida existe, ésta es muy pero muy baja.

Continuamente he escuchado acerca del riesgo de que genes de OGM puedan ser transmitidos al humano por su ingesta. En realidad esa posibilidad existe, pero es la misma a que suceda una transferencia horizontal desde un organismo que no ha sido modificado genéticamente (por ejemplo, un alimento orgánico). De hecho, se ha registrado al menos un evento THG en nuestra generación, pero éste se ha dado dentro de los humanos y no involucra OGM. Se detectó que en una especie bacteriana que vive en el tracto digestivo de individuos japoneses existe un gen proveniente de una bacteria marina que no se encuentra en la misma especie de bacteria de individuos norteamericanos.El mencionado gen ayuda a degradar los azúcares que se encuentran en las algas con las que se prepara el sushi; y, probablemente el consumo de este alimento crudo haya sido la causa de que la bacteria del tracto digestivo y la bacteria marina se hayan encontrado para realizar la transferencia horizontal (Hehemann et al., 2010).

Como podemos deducir de los ejemplos anteriores, los transgénicos se encuentran en todas partes, no solo en los OGM. Concuerdo en que la producción y comercialización de OGMs abre muchos puntos de debate, pero el miedo a consumirlos me resulta injustificado.

Recuerde, que prácticamente somos transgénicos consumiendo transgénicos y que no provenimos de líneas puras que han evolucionado sin el aporte genético de otras especies. Nuestra concepción de la genética está cambiando y el aceptarnos como transgénicos puede ayudarnos a entender la importancia que la interrelación de los seres vivos ha tenido en nuestra evolución y en la de los demás organismos del planeta.

Fig 4. Representación esquemática del árbol de la vida en su versión tradicional (A) y en su versión moderna (B), en donde se incluyen los eventos de transferencia horizontal dentro y entre dominios y reinos. En estos esquemas las archaeas están representadas en color rojo, las bacterias en  color azul y los eucariotas en color café. Gráfico modificado del repositorio multimedia libre de Eric Gaba.

Referencias

Crisp, A., Boschetti, C., Perry, M., Tunnacliffe, A., & Micklem, G. (2015). Expression of multiple horizontally acquired genes is a hallmark of both vertebrate and invertebrate genomes. Genome Biology, 16(1), 50. http://doi.org/10.1186/s13059-015-0607-3

HealthyChildren.org. (2015). Differences in Organic, Natural, and Health Foods. Retrieved August 7, 2015, from http://www.healthychildren.org/english/healthy-living/nutrition/pages/differences-in-organic-natural-and-health-foods.aspx

Hehemann, J.-H., Correc, G., Barbeyron, T., Helbert, W., Czjzek, M., & Michel, G. (2010). Transfer of carbohydrate-active enzymes from marine bacteria to Japanese gut microbiota. Nature, 464(7290), 908–912. http://doi.org/10.1038/nature08937

Maryanski, J. (2009). Testimony – Genetically Engineered Foods [WebContent]. Retrieved August 7, 2015, from http://www.fda.gov/NewsEvents/Testimony/ucm115032.htm

Parlement européen. (2001). EUR-Lex – 32001L0018 – FR [text/html; charset=UNICODE-1-1-UTF-8]. Retrieved August 7, 2015, from http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=CELEX:32001L0018:FR:HTML

Perez, A. E. (2011). BUENASIEMBRA: Qué son los Alimentos Naturales? Retrieved from http://buenasiembra.blogspot.com/2011/09/que-son-los-alimentos-naturales.html