La fina hebra que nos une. Un estudio del ADN mitocondrial de nuestro alumnado.

Descripción general

En nuestro proyecto hemos empleado la biotecnología, utilizando herramientas tan actuales como la PCR, para demostrar que todos somos, al fin y al cabo, fruto de una migración y además hemos empleado técnicas DIYBio. Para ello, hemos secuenciado el ADNmt de nuestros alumnos/as  y encontrado sus orígenes remotos.

Objetivos

Nuestro principal objetivo en este proyecto era que nuestros alumnos tomaran conciencia del largo  camino recorrido por la especie humana a lo largo de la prehistoria y la historia, y como ha quedado ese camino grabado en su ADN.  

Para ello, necesitamos conseguir los siguientes objetivos individuales: 

• Desarrollar protocolos de obtención de ADNmt: La herencia del ADN mitocondrial ocurre estrictamente por vía materna, es decir, que el ADN mitocondrial que todos los humanos tenemos es el de nuestra madre. Esto quiere decir que la secuencia de nuestro ADN mitocondrial es idéntica a la de nuestra madre y cualquier otro pariente que tengamos por línea materna.
• Obtener los haplogrupos de un conjunto de nuestro alumnado: Cada cierto tiempo se producen en ese ADNmt ciertas mutaciones que se van acumulando. Esto permite distinguir los diferentes tipos de ADNmt en lo que se denomina haplogrupos. Un haplogrupo no es más que un conjunto de perfiles mitocondriales que comparten una serie de mutaciones específicas.
• Obtener un mapa de las migraciones que muestre cómo llegaron a nuestro instituto cada uno de ellos: Si conocemos el haplogrupo al que pertenecemos, podemos saber cuál es nuestro origen. 
• Democratizar el análisis de ancestros: Adaptar finalmente estas metodologías para que puedan ser implantadas por profesores/as de secundaria que esté interesado en trabajar la Biotecnología con sus alumnos con técnicas DIYBio.

Este Proyecto de Innovación ha sido financiado por el Centro de Profesores y Recursos de Murcia con 1500 euros, dentro de la convocatoria para Proyectos de Innovación del curso 2020/2021. En dicho proyecto participaron tanto el alumnado de los ciclos Formativos de F.P. de la Familia Profesional Química, como alumnado de Bachillerato de Investigación. Precisamente, una de las razones de haber trabajado con métodos baratos es la posibilidad de que este proyecto se pueda llevar a cabo, no solo en Formación Profesional, sino también en Secundaria.

Procedimiento

Describir todo el procedimiento sería excesivo para este artículo. El objetivo del mismo es más bien resumir los pasos más importantes del mismo y , sobre todo, mostrarte como se puede hacer de forma sencilla y barata. Si quieres lanzarte a hacerlo en tu centro, todos los protocolos están ya disponibles en nuestra página web . En los protocolos también están recogidos los reactivos necesarios. También puedes complementar esta información desde nuestros perfiles de Twitter (@BiotecnologiaF) y YouTube (Biotecnología Fácil)

Vamos entonces a resumir los pasos necesarios para obtener un haplogrupo mitocondrial.

Extracción del ADNmt

En primer lugar se toma la saliva con un hisopo y luego se procede a la extracción y purificación. Nosotros hemos utilizado kits comerciales pero también métodos DIY, basados en suspensiones de sílice y los resultados son equiparables. Para este proceso es necesario una centrífuga de microtubos. Si no la tienes también te puedes construir una, la DremelFuge. Basta con descargar el modelo en 3D de la pieza que sujeta los microtubos en thingiverse.com, imprimirla y acoplarla a una Dremel o similar (una básica cuesta menos de 60 euros )

Amplificación de ADN mitocondrial.

Si crees que no puedes hacer una PCR en tu centro, es que no conoces estos termocicladores. De nuevo, en nuestro proyecto hemos comparado los resultados de nuestra PCR con la miniPCR (https://www.minipcr.com/) y funciona perfectamente. En el vídeo realizado por nuestro alumnado te mostramos lo sencillo que es.

Cuesta menos de 600 euros, pero si todavía la quieres mas barata, puedes tener una PCR por unos 100 euros. La pocketPCR.

También existen Master Mix baratas y con respecto a los oligos, es probablemente el reactivo más barato de todos.

Electroforesis y purificación del ADNmt

Para saber que hemos amplificado la sección de ADNmt es necesario realizar una electroforesis. Nuestro fragmento debe ser de unas 500 pb. De nuevo aquí podemos encontrar equipos muy baratos que además incluyen el transiluminador. Nosotros tenemos una electroforesis convencional, así que no hemos probado estos productos, pero seguro que funcionan. Este cuesta menos de 300 euros y también la puedes encontrar en la página de la miniPCR.

Después es necesario purificar los resultados de nuestra PCR. Para ello podemos utilizar un kit de purificación, que no son caros o purificar de nuevo con una suspensión de sílice.

Secuenciación y análisis Bioinformático

Ahora hay que enviar nuestro segmento a secuenciar. Es el único coste que tenemos que externalizar. Nosotros lo enviamos al Servicio de Biología Molecular del Área Científica y Técnica de Investigación de la Universidad de Murcia, y el coste de cada análisis es de unos 13 euros. Todos los costos de las secuencias los ha cubierto nuestro proyecto. Para años posteriores ofreceremos a los alumnos interesados/as en que asuman ellos esta parte del coste del análisis.

Dicho servicio nos devuelve, para cada alumno, dos cromatogramas. Uno con la secuencia forward y otra con la secuencia reverse. Aquí viene una parte muy interesante, ya que el alumnado, utilizando software gratuito como SnapGene o Bioedit, puede editar estos datos para conseguir la secuencia consenso y con ella obtener sus haplogrupo. En nuestro canal hemos elaborado un vídeo donde explicamos como hacerlo.

Resultados

Se analizaron 47 individuos de los cuales se obtuvieron 32 haplogrupos. El haplogrupo mayoritario fue el H, como era de esperar, pero también encontramos haplogrupos L, K, A, U, J y P. A partir de esos datos elaboramos un mapa donde se trazaban la rutas que dirigían el lugar de origen de cada uno de esos haplogrupos hacia nuestro instituto.

Temporalización

El proyecto se desarrolló durante todo un curso escolar, ya que hubo que desarrollar todas la técnicas y ponerlas a punto, pero utilizando los protocolos ya optimizados, se pude llevar a cabo en un par de semanas.

Primera semana:

Una vez tenemos nuestro ADNm purificado, enviamos a secuenciar. Nuestro servicio nos envía los resultados en una semana normalmente.

Segunda semana:

Análisis de los resultados con herramientas bioinformáticas. 1 hora.

Evaluación

Para evaluar la participación del alumnado en este proyecto se utilizaron los siguientes instrumentos de evaluación.

Fuentes

El proyecto, tal cual esta diseñado con su enfoque para la docencia,es original. Que sepamos, hasta ahora nadie en en mundo ha realizado un proyecto similar, pero obviamente, se han necesitado protocolos comerciales ya desarrollados para cada una de las técnicas.

El diseño de los oligonucleótidos se obtuvo de del siguiente artículo:

Polymorphisms in the non‐coding region of the human mitochondrial genome in unrelated” plateletapheresis donors”H. S. P. Garritsen  A. Hoerning  F. Hellenkamp  U. Cassens  K. Mittmann  W. Sibrowski  First published: 20 December 2001.