la PCR

L'altre dia, en un post sobre identificació de cossos mitjançant ADN, vaig parlar de la PCR, una tècnica per obtenir moltes còpies d'un fragment determinat d'ADN, o dit d'una altra manera, d'amplificar-lo. Quan la Laia em va preguntar per què servia tenir tantes còpies, vaig pensar que seria una bona idea fer algunes entrades dedicades a tècniques de laboratori.

En un laboratori de genètica, una vegada obtingut l'ADN, el primer que normalment es fa és la PCR, la Reacció en Cadena de la Polimerasa. Això és així per dos motius principals. En primer lloc, no volem pas analitzar tot l'ADN, sinó només un fragment (bé, això comença a no ser ben bé veritat, però ho deixarem per un altre dia i de moment ens centrarem en les tècniques clàssiques). I en segon lloc, els processos que realment ens interessen, com la identificació d'STRs o la seqüenciació, necessiten molts quantitat d'ADN per funcionar. De fet, la PCR no és un fi en si mateixa, sinó un mitjà per realitzar les proves que necessitem.

La PCR és relativament moderna, la va inventar en Kary Mullis el 1983. Per impossible que sembli ara, la majoria de professors a la facultat va començar les seves carreres sense ella! De fet, una de les coses que ho va fer possible va ser el descobriment del bacteri Thermus aquaticus el 1969, de qui possiblement en parlaré un altre dia. La gràcia d'aquest bacteri és que viu en fonts termals, a uns 70º C, i per tant la seva maquinària cel·lular està adaptada a altes temperatures. Per fer la PCR utilitzem una de les seves eines de duplicació de l'ADN, un enzim que en honor seu ha estat anomenat Taq polimerasa.

Però, com funciona la PCR? Bé, en primer lloc hem de posar en un tubet l'ADN juntament amb una barreja que contingui Taq polimerasa, primers (encebadors en català), els nucleòtids i clorur de magnesi. Els primers o encebadors són seqüencies complementàries a les zones que flanquegen la regió d'ADN que volem amplificar. I els nucleòtids són les famoses A, T, C i Gs, amb les que farem les noves cadenes d'ADN.

A continuació ja es pot posar aquesta barreja al termociclador -la màquina de la foto de l'inici del post-, que és l'encarregada de dur a terme la PCR, i programar les condicions adequades. Segons la regió que es vol amplificar les condicions són una mica diferents, però es poden distingir tres passos fonamentals:

1. Separar les dues cadenes d'ADN. Això es fa a uns 94-96º, ja que a aquesta temperatura l'ADN no pot mantenir la seva estructura.

2. Unir els primers o encebadors amb la cadena d'ADN, posant la barreja entre 50 i 65º.

3. Fer les noves cadenes d'ADN. Aquest darrer pas es du a terme a uns 72º, la temperatura idònia per què la Taq polimerasa es posi a treballar unint nucleòtids a les noves cadenes.

clicar per veure l'animació

Aquests tres passos es duen a terme moltes vegades, normalment entre 30 i 50, i al final es calcula que s'obtenen uns mil milions de molècules d'ADN. Finalment es fa un cicle d'entre 5 i 15 minuts per acabar de formar cadenes noves, i quan ha acabat el termociclador es posa a entre 4 i 15º, la temperatura a què les mostres es conserven, fins que l'investigador va a treure-les.

Un cop fet això, només queda comprovar que la PCR ha funcionat i seguir endavant amb la feina! Tot això, però, serà tema d'un altre post...

Nota: l'animació l'he tret d'aquí. En podeu trobar de més bones en flash aquí (més explicativa, en shockwave) i aquí (més visual, en flash).

univers

Fa uns mesos anunciava un recital de poesia científica, a conseqüència del que vaig penjar un dels poemes de l'Assumpció Forcada, Genoma.

Ara he sabut que l'Assumpció presenta un altre dels seus llibres, Univers, el proper dia 8 de setembre a dos quarts de vuit a la Casa Elizalde, al carrer València 302 de Barcelona.

Si us va agradar Genoma, doncs, aquí teniu una nova oportunitat per sentir-la en directe.

CSI - l'accident de Barajas

Ahir vam fer la sobretaula amb la notícia del tràgic accident d'avió a l'aeroport de Barajas. Ben segur que els propers dies molts blogs se'n faran ressò tractant els diferents aspectes de la notícia: els humans, els tècnics, els mèdics, els de seguretat... Com que jo d'aquests temes no en sé, parlaré de la part de la notícia més científica, la més CSI: la identificació dels cadàvers.

Aquest matí sentia la ràdio i deien que de moment només s'havien identificat 22 dels 153 cadàvers provocats per l'accident, aquells dels que se'n podia saber la identitat pels seus objectes personals o per les empremtes digitals. L'entrevistat, responsable de la penosa tasca de posar nom als morts, deia que a la majoria se'ls han de fer proves d'ADN, i que això tardava unes 48 hores. 48 hores? Però si els de CSI ho fan en 10 minuts! La realitat, però, s'imposa, i els temps són els que són.

Com es fa la identificació per ADN, tant sigui en un cas de paternitat dubtosa com en el cas present? El que els científics han d'elaborar és un perfil genètic de la víctima, que posteriorment es compara amb el dels seus familiars més propers.

El primer que s'ha de fer és obtenir una mostra de sang i extreure'n l'ADN mitjançant uns protocols amb els quals es trenca la paret de les cèl·lules i es van separant els diferents elements que conté, un procés que al món real dura unes quantes hores. A continuació s'ha d'utilitzar una tècnica anomenada PCR, sigles en anglès de la Reacció en Cadena de la Polimerasa (unes quatre o cinc hores més). La PCR serveix per fer milions de còpies del fragment o fragments d'ADN que ens interessen, perquè no utilitzem pas tota la informació de la cadena!

Un cop l'ADN ja està amplificat, ja es pot començar a fer el perfil genètic, que també porta el seu temps. El més comú és utilitzar STRs, Short Tandem Repeats (repeticions curtes en tàndem). Els STRs són petits fragments d'ADN, de poques lletres, que es repeteixen un cert nombre de vegades, així: ACGTAGTAGTACC. En aquest cas, tenim tres repeticions del fragment GTA. La gràcia és que cada persona té un nombre de repeticions diferents, que heretem dels nostres pares. Fins i tot les dues còpies d'ADN que cadascun de nosaltres posseïm ténen un nombre diferent de repeticions! Normalment, per una paternitat o una identificació s'utilitzen 13 STRs diferents, ja que s'ha calculat que la probabilitat que dues persones comparteixin el mateix nombre de repeticions en els dos cromosomes és d'aproximadament una entre mil milions (un bilió anglès).

Com ja he dit al principi fer el perfil d'un cadàver no és prou, també hem de fer el perfil dels seus familiars propers. Imaginem que aquest exemple que he dibuixat aquí sota -amb només cinc STRs per fer-ho senzill- és el perfil genètic d'un cos irreconeixible, i volem saber si és fill de la parella A (verda) o de la parella B (taronja):


Fixem-nos primer en l'STR1. Per aquest STR, el cadàver té 13 repeticions en una còpia de l'ADN i 9 en l'altre. Assumint que no hi ha hagut infidelitat entre les parelles i que uns dels dos són els pares de veritat, les 13 repeticions les pot haver heretat de la mare A, del pare B o de la mare B. En canvi, les 9 repeticions les pot haver heretat de la mare A o del pare A. Si ens fixem en aquestes possibilitats, i comptant que n'ha d'haver heretat una del seu pare i l'altre de la seva mare, per força les 13 repeticions provenen de la mare A i les 9 repeticions del pare A. Mirem ara l'STR2. Les 6 repeticions poden provenir del pare A, i les 8 de la mare A o de la mare B. Per tant, aquest STR torna a coincidir amb la parella A. I us deixo els altres tres STRs perquè veieu vosaltres mateixos amb quina parella coincideixen i resolgueu el cas!

Com us podeu imaginar, en un laboratori forense no n'hi ha prou amb el que hem fet al paràgraf anterior. A partir de les repeticions coincidents s'elaboren uns índex, que normalment corresponen a la probabilitat que el cadàver estigui relacionat amb els seus familiars dividit entre la probabilitat que no ho estigui. Per calcular el segon supòsit es té en compte la freqüència de cada nombre de repeticions en un STR a la població en la que pertany la víctima.

I ara, imaginem que s'ha de fer això per més de 100 persones! I amb les complicacions afegides que sempre comporten els casos reals. Com ja he comentat, una complicació molt comuna i que es trobaran serà que els pares, tot sovint, no coincidiran amb els seus pressumptes fills. Així doncs, ja ens podem anar fent a la idea que, malauradament per les seves famílies, la identificació de totes les víctimes d'aquest accident encara trigarà força dies.

Dedico aquest post als familiars de les víctimes d'aquest accident.

el mapa genètic d'Europa

Després de reactivar Biblosfera a principis d'agost -i especificar que lamentablement no, no he estat de vacances-, feia dies que em plantejava que l'altre costat de la lent també necessitava tornar a la vida. Tot i això, en el meu procés de desintoxicació de l'ordinador ho havia anat deixant. Fins ahir. I què va canviar ahir que em fes retornar ràpidament a la lent?

Tot va començar quan em vaig acostar a la pantalla i vaig veure un nou missatge de twitter des de La Tafanera: "Els catalans són, genèticament, mig espanyols i mig francesos http://tinyurl.com/68w2qc". Aquest titular, que no té ni cap ni peus, va fer saltar totes les alarmes del meu cervellet, i ràpidament vaig clicar l'enllaç. El cos de la notícia, en canvi, ja no deia exactament el mateix: "L'_Erasmus_ University Medical Center de Rotterdam ha publicat a la revista científica Current Biology un estudi genètic d'Europa. En aquest estudi s'han pres mostres a Catalunya, i el resultat genètic és que la població catalana se situa en una posició intermitja entre els francesos i els espanyols, compartint característiques amb ambdós, i en menys mesura amb portuguesos i italians. Notícia al The New York Times: www.nytimes.com/2008/08/13/science/13visual.html?_r=1n".

El primer que em va cridar l'atenció va ser que l'estudi s'havia fet a l'Erasmus University Medical Center, a Rotterdam, on hi tinc un amic que va fer la tesi al meu grup i amb el meu mateix director, l'Òscar Lao. Efectivament, ràpidament vaig constatar que l'estudi era seu. Després d'això vaig passar a explorar els enllaços. El primer, el del títol, porta a un blog molt curiós i que val la pena seguir, Strange Maps. Strange Maps és un blog dedicat a publicar i comentar mapes, però no mapes comuns. Com deia el seu autor en el post inaugural, "I like maps. I like weird maps, the kind you won’t find in a regular atlas. Maps of countries that never existed - or never will exist. I’ve given up on categorizing the maps I’ve collected so far - irredentism, alternate history,… - and decided to just be a little less anal. So, just for fun, here are the weirdest maps I found on the internet." I un d'aquests mapes estranys ha estat el mapa genètic d'Europa publicat a Current Biology. A més a més el comenten amb molt d'encert, demostrant que l'han entès molt millor que qui ha penjat la notícia a La Tafanera amb un titular tan desencertat. El segon enllaç, com ja s'indica, porta a la notícia del NY-Times, a la que es pot accedir subscrivint-se gratuïtament.

I ara, la ciència. L'article es pot baixar des d'aquí, però no és gratuït, i el mapa és aquest:

Aquest mapa ha estat elaborat a partir de la informació obtinguda de la caracterització de 500.000 variants genètiques en 2.514 individus de 23 poblacions europees, indicades generalment amb les dues primeres lletres del nom del seu país d'origen. Com es veu al mapa de la dreta, que mostra la localització geogràfica de les poblacions utilitzades, els catalans estem codificats com ES2. Segur que a primer cop d'ull, mirant el mapa de l'esquerra -el genètic- ja veieu que és absurd dir que els catalans som mig espanyols mig francesos. Igual que dir que els espanyols són mig catalans i mig portuguesos, o que els txecs son un terç alemanys, un terç hongaresos i un terç polonesos. El que en realitat s'ha trobat és que els europeus som genèticament molt semblants, però que les diferències que hi ha entre nosaltres estan molt correlacionades amb les distàncies geogràfiques. Les diferències més grans es troben als Finlandesos i als Italians. En el primer cas, això es podria explicar perquè els Finlandesos van ser durant molt temps una població petita i aïllada, i en el segon cas per la barrera que constitueixen els Alps.

I tot això, per què serveix? Bé, doncs a partir d'aquesta informació es poden obtenir aquelles variants que són més diagnòstiques, és a dir, que són característiques dels Europeus. Això podria ser d'ajuda en casos forenses, ja que ens donaria pistes sobre si l'individu que ha comès el crim és d'origen Europeu o no.

Per més informació, us recomano especialment l'article del NY-Times.