ADN: la molécula que deja huella

Crédito: LaSexta Noticias. 

¿Quién no ha visto una serie policíaca sin que aparezcan las famosas pruebas genéticas? ¿Cuándo se desaprovecha en la tele la oportunidad de decir que se tienen evidencias de ADN contra un sospechoso? Conozcamos o no la base científica de las técnicas implicadas, todos parecemos tener claro que cuando el ADN sale a escena ya no hay nada que esconder, y que constituye una prueba fiel e irrefutable.

En numerosas ocasiones hemos oído que las diferencias genéticas entre individuos son solo del 0,1%. Teniendo en cuenta que nuestro ADN contiene 3.000 millones de pares de nucleótidos (¡unos 2 metros de ADN empaquetados en una sola célula!)... ¿No es esto buscar una aguja en un pajar? En efecto, parece increíble y complejo que acudamos a la genética para buscar aquello que nos distingue y nos hace únicos. El secreto es qué buscamos y cómo lo hacemos. 

El pasado septiembre de 2014 se cumplieron 30 años desde que el genetista británico Alec Jeffreys desarrollase la denominada “huella genética” (DNA fingerprint o perfil genético) en la Universidad de Leicester (Reino Unido)¹.

A la izquierda Alec Jeffreys, que ideó la huella genética en 1984. A la derecha el logotipo de la base de datos CODIS del FBI, que almacena actualmente más de 10 millones de perfiles genéticos criminales. Extraído de 6 y 7. 

Esta técnica se basa en la ordenación por tamaño de una serie de secuencias que son regiones cortas del ADN de 2 a 6 pares de nucleótidos repetidas una detrás de otra un determinado número de veces (normalmente menos de 50). Por esta razón, se conocen como STRs (del inglés short tandem repeats, pequeñas repeticiones en tándem)², aunque también se denominan microsatélites. Los STRs se caracterizan por su gran polimorfismo en comparación con otras regiones del genoma, es decir su tamaño es muy variable entre individuos: cada uno de nosotros tiene un número concreto de repeticiones de estas unidades que le caracteriza y distingue del resto.

La clave reside en que cada progenitor aporta un 50% de esta huella genética³. ¿Esto qué significa? Veamos un ejemplo: si mirásemos una secuencia STR determinada y una persona tuviera esa unidad repetida 8 veces en un cromosoma y 15 veces en el cromosoma homólogo, uno de sus padres tendría entonces 8 repeticiones, y 15 el otro progenitor. Esto es la base de las pruebas de paternidad.
En investigación criminal se analizan varios STRs a la vez en una muestra de ADN obtenida del lugar de los hechos (pelo, huesos, saliva, semen, etc.) y se busca coincidencia en cuanto al número de repeticiones con los STRs de los sospechosos. Allá va cómo se hace...

Una pregunta muy razonable es cómo se ve, macroscópicamente hablando, el número de veces que se repite una secuencia STR si tiene un tamaño tan pequeño (de nanómetros para ser exactos, es decir, un millón de veces menos que un milímetro).
Tras purificarse el ADN de la muestra⁴ hay una etapa fundamental: la reacción de PCR. La PCR o reacción en cadena de la polimerasa⁵ es una técnica de biología molecular que permite, partiendo de una cantidad muy pequeña de ADN, obtener muchas copias de la misma (más de mil millones) en unas pocas horas. Para la generación de huellas genéticas se emplea una variante denominada PCR múltiple, que permite aumentar la cantidad de distintos fragmentos de ese ADN (que contienen los STRs) de forma simultánea.
Una vez se tiene cantidad suficiente de los fragmentos de ADN que se desea analizar, se separan en un gel, en el que quedan situados por orden decreciente de tamaño (los que tengan más repeticiones estarán por encima de los que tengan menos).
Estos STRs se visualizan como bandas en el gel mediante fluorescencia (se irradia con un láser y el fragmento emite luz, de un color distinto para cada STR). Esta es una de las razones por las que es necesario generar muchas copias del material genético de partida mediante PCR, ya que de lo contrario no tendríamos intensidad suficiente para observar las bandas de los fragmentos en el gel.

Dibujo esquemático de un gel en el que se analizan 3 STRs distintos (los llamaremos rojo, azul y verde) en 3 sospechosos (individuos A, B y C). Como se ha explicado, se obtiene un patrón de bandas fluorescentes (2 para cada STR o color, pues recordemos que una se hereda de la madre y otra del padre), donde las bandas superiores corresponden a STRs con más repeticiones que las inferiores. Si se comparan los patrones de los 3 sospechosos con el de la muestra de ADN F obtenida en la escena del crimen (en la que también se analizan los mismos STRs), existe una clara coincidencia con el perfil de B. Elaboración propia a partir de Alberts et al. (2010)⁵. 

Además de los STRs de los cromosomas no sexuales (iguales en el hombre y la mujer), también es muy común el análisis de STRs presentes en el cromosoma Y (masculino), por ejemplo en casos de agresiones sexuales, a partir de muestras de semen.
Otros marcadores de gran interés son los presentes en el ADN de las mitocondrias, los orgánulos encargados de la generación de energía en las células. Y es que no solo hay ADN en el núcleo celular. De hecho, mientras que poseemos una única copia de ADN nuclear en cada célula, existen en torno a unas 1000 de ADN mitocondrial, que además es más resistente a la degradación y lo encontraremos también en células sin núcleo. Además, el ADN mitocondrial tiene una característica especial: se hereda solo de la madre³.

La imagen anterior era un esquema sencillo que mostraba el análisis de 3 marcadores STRs (verde, rojo y azul) pero en realidad, los perfiles genéticos se hacen con kits que permiten estudiar un conjunto de 10 a 17 STRs³. ¿Por qué tantos? ¿No bastaría con analizar un solo marcador?

Ejemplos de huellas genéticas. El ADN de la víctima (imagen de la derecha) se suele mostrar también para descartar repeticiones que pertenezcan a la víctima que pudieran estar contaminando las muestras de ADN tomadas (en el lugar de los hechos no solo está la huella del culpable). Elaboración propia a partir de 8 y 9. 

Que cualquier prueba es infalible cuando contiene la palabra ADN de por medio lo hemos interiorizado inconscientemente de la imagen que a veces dan medios como la televisión. Sin embargo, aunque la probabilidad de que coincidan las huellas genéticas³ de dos individuos no relacionados es muy baja (aproximadamente un caso entre 100000 millones), existe, y además varía en función del tipo de ADN empleado (es mayor si se usa el ADN mitocondrial o STRs del cromosoma Y). Dos situaciones bastante comunes que disminuyen la fiabilidad de las pruebas son que parte de la muestra esté degradada (menos STRs disponibles), o que el agresor y la víctima estén emparentados (menor variabilidad genética).
En definitiva, se analizan muchos STRs a la vez para disminuir el riesgo de que las pruebas den un resultado equivocado.

Con todo, el perfil o huella genética es prácticamente única para cada individuo (excepto en gemelos monocigóticos²) y ha supuesto una verdadera revolución para la resolución de crímenes, la medicina forense, los tests de paternidad, la identificación de víctimas en desastres y una interminable lista de aplicaciones, y sin duda constituye un gran avance frente a la huella digital a la hora de almacenar y cotejar los datos.

Fuentes:

1. DNA Forensics.
2. Mark A. Jobling and Peter Gill. Encoded evidence: DNA in forensic anaysis. Nature Reviews Genetics 5, 739–751 (2004); doi:10.1038/nrg1455.
3. Antonio Alonso Alonso. ADN forense, investigación criminal y búsqueda de desaparecidos. SEBBM Divulgación: la ciencia al alcance de la mano (diciembre 2011).
4. Identificación genética / Análisis de ADN. Portal AJ (Administración Justicia), Ministerio de Justicia, Gobierno de España.
5. Alberts et al., Molecular Biology of the cell, 5th edition (2010). Garland Science, New York.

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Etiquetas: ADN, ADN mitocondrial, Alec Jeffreys, coincidencia, cromosoma Y, forense, huella genética, microsatélites, muestra, noticia, PCR, polimorfismo, repeticiones en tándem, STR