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/>

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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.4-2015-Art.3 | “Jícama”, una raíz sabrosa y medicinal a su alcance

“Jícama”, una raíz sabrosa y medicinal a su alcance

Jorge Renato Oquendo A.
Docente FICAYA / Recursos Naturales Renovables
jroquendo@utn.edu.ec

Existen un sinnúmero de cultivos andinos que han sido utilizados por nuestros antepasados por sus propiedades alimenticias y medicinales. Los agricultores de nuestras tierras domesticaron estas especies durante miles de años eligiendo para sus cultivos la variedad más rentable y de mejor productividad. Durante la época colonial muchos de estos cultivos que eran la base de la alimentación de nuestros habitantes fueron relegados por las nuevas costumbres impuestas, uno de ellos es la Jícama, Smallanthus sonchifolius. La raíz de esta especie nativa es consumida por su sabor dulce como fruta cruda y a veces deshidratada. En 1981 la FAO la declara como una especie en peligro de extinción y empieza un trabajo de recuperación del cultivo mediante la recopilación y exploración del germoplasma de la especie para generar estrategias de conservación. En países como Nueva Zelanda, Japón, Republica Checa, Italia y China fue introducida e investigada, encontrando en la jícama varias propiedades prebióticas, antioxidantes y anticancerígenos; además, su utilidad para prevenir enfermedades como la diabetes y la obesidad. En Imbabura esta especie es cultivada de manera incipiente por los agricultores de la provincia, debido al desconocimiento de los beneficios tanto nutricionales como terapéuticos de este cultivo ancestral.

Estudiantes investigadores Érika Haro y Andrés Yépez, trabaja en el proyecto de la jícama junto a la comunidad de Otavalo. Foto: Mónica León
Estudiantes investigadores Érika Haro y Andrés Yépez, trabaja en el proyecto de la jícama junto a la comunidad de Otavalo. Foto: Mónica León

En el mundo existe una amplia variedad de especies cultivadas que sirven como alimento del ser humano. La investigación referente a la agricultura se ha centrado en el mejoramiento de los cultivos, asegurando así la obtención de recursos alimenticios para el desarrollo de las poblaciones de nuestros países, tanto porque favorecen la subsistencia como por la comercialización de los excedentes. Sin embargo cultivos que fueron la base de la alimentación de los pobladores andinos, en la actualidad se ven subutilizados debido al poco conocimiento sobre las propiedades alimenticias y medicinales que los hicieron tan utilizados en épocas pasadas.

La jícama, Smallanthus sonchifolius, es una raíz originaria de la región andina. Actualmente su cultivo está distribuido desde Colombia hasta Argentina. Se encuentra de manera silvestre o en pequeñas parcelas cultivadas especialmente para su autoconsumo. Pertenece a la familia asterácea y es una planta que almacena en sus raíces reservas de azúcares especiales que son favorables para la salud humana. Sus propiedades antioxidantes la hacen muy importante para el tratamiento de los problemas de diabetes y obesidad (Polanco, 2011).

Su propagación se la realiza por vía vegetativa; es decir, se utilizan los propágulos (semilla vegetativa) para generar nuevas plantas. También se la puede reproducir por semillas pero no se tiene tanto éxito en productividad como cuando la propagación es por vía asexual.

La raíz de la jícama Smallanthus sonchifolius, es consumida por su sabor dulce como fruta cruda. Foto: Renato Oquendo
La raíz de la jícama Smallanthus sonchifolius, es consumida por su sabor dulce como fruta cruda. Foto: Renato Oquendo

La jícama se cultiva bajo el sistema de monocultivo o en asociación con fréjol, maíz, tomate y repollo; también, alrededor de los cultivos de papa y maíz. Se la puede cultivar todo el año en partes altas de la sierra interandina, pero se recomienda sembrar a inicios de las precipitaciones en los meses de septiembre octubre y noviembre (Seminario et, al 2003).

En el Ecuador se la cultiva en tierras altas desde los 2400 hasta los 3000 msnm. Las provincias con más producción de jícama son las del sur del país: Loja, Azuay y Cañar. El cultivo también se encuentra en la Sierra Central en las provincias de Cotopaxi, Chimborazo y Bolívar; y en el norte, en las provincias de Pichincha, Imbabura y Carchi. En Imbabura el cultivo de la jícama es incipiente, relegado a unas pocas chacras y plantas especialmente utilizadas para el consumo interno. En el país se han realizado varios estudios sobre esta especie, siendo el pionero el Instituto Nacional de Investigaciones Agropecuarias (INIAP) que ha podido identificar y recolectar 32 variedades de jícama; y, contar con un banco de germoplasma con todo el material vegetal recolectado (Tapia, 1996).

En el Perú existe una producción próspera de este cultivo; poseen un sistema agroindustrial afianzado de productos procesados de la jícama y también se exporta como materia prima a otros países como Estados Unidos, Reino Unido y Japón. Esta especie, que puede ser cultivada en diferentes zonas, se destaca por su alta productividad, con rendimientos de entre 10 a 100 toneladas por hectárea lo que la convierte en un cultivo muy rentable en comparación con otras raíces reservantes como la yuca que no posee las bondades medicinales y alimenticias probadas de la jícama.

Al existir una tendencia mundial hacia el consumo de productos naturales y dietéticos, se tiene en el uso de la jícama una oportunidad para crear alternativas saludables y nuevos procesos agroindustriales. Los consumidores de muchos países requieren productos que beneficien a su salud, evitando el consumo de alimentos procesados en laboratorios de manera artificial.
La demanda mundial de edulcorantes naturales no calóricos se ha incrementado en los últimos años siendo una buena oportunidad la industrialización del jarabe de jícama, producto que adicionalmente tiene propiedades prebióticas.

Estudiante investigador Andrés Yépez, trabaja en el proyecto de la jícama como parte de su trabajo de titulación. Foto: Renato Oquendo
Estudiante investigador Andrés Yépez,
trabaja en el proyecto de la jícama como
parte de su trabajo de titulación.
Foto: Renato Oquendo

La Universidad Técnica del Norte con sus Facultades de Ciencias de la Salud e Ingeniería en Ciencias Agropecuarias y Ambientales, en colaboración con el programa Prometeo de la SENESCYT y su representante el profesor Asociado: Eloy Fernández PhD, (UTN y Czech University of Life Sciences Prague, República Checa) han iniciado con un proyecto de investigación para comprobar las bondades medicinales y nutricionales de la jícama. Paralelamente, se está realizando el estudio etnobotánico de esta valiosa especie andina en la provincia de Imbabura con colaboración de los docentes de la FICAYA y los estudiantes investigadores Erika Haro y Andrés Yépez como parte de su trabajo de titulación. La meta es obtener información relevante sobre sobre este cultivo en nuestra provincia, su estado, usos y su relación con el agricultor imbabureño.

Con la base etnobotánica se propondrán estrategias de conservación in situ de la jícama, añadiendo esta especie a la multiplicidad de cultivos de los huertos familiares y fincas. Se podrían escoger las mejores variedades y sembrarlas en el próximo ciclo de cultivo asegurando así la continuidad de las mejores plantas en cuestión de productividad, calidad del producto y resistencia a agentes externos como plagas y enfermedades.