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ESTUDIOS AMBIENTALES BASADOS EN LA TECNOLOGÍA DEL ADN

Por: Oscar Aguinaga, doctor en Biotecnología Ambiental. 


Limitaciones de la evaluación biológica en los estudios ambientales

Las evaluaciones ambientales son imprescindibles para muchas industrias y la caracterización del componente biológico es de vital importancia. Cuando se evalúa el impacto de actividades antropogénicas sobre el medio ambiente, la extensión y calidad de la data generada por las observaciones del componente biológico no logran equipararse con la información que se obtiene de las evaluaciones físicas y químicas, debido a sus altos costos y la limitada capacidad de identificación taxonómica de la biodiversidad (Friberg et al., 2011). 

Por ejemplo, el monitoreo biológico de un río implica el uso de múltiples técnicas de muestreo que no se integran entre sí y se limita a la recolección de especies de peces y macroinvertebrados con taxonomía conocida (Birk et al., 2012). Se ha demostrado que dicha metodología no permite una evaluación precisa del impacto en la biodiversidad y requiere de altos esfuerzos para la obtención de las muestras y la identificación de las especies (Cao and Hawkings, 2011). 

La tecnología del ADN permite generar mayor data para los estudios ambientales

Con el desarrollo de tecnologías de secuenciamiento de ADN de alto rendimiento (high throughput DNA sequencing) ahora es posible generar una comprensión integral del componente biológico de muestras ambientales (Zinger et al., 2012). Bajo el mismo principio del uso de ADN en las ciencias forenses o en las pruebas de consanguinidad, se puede lograr la identificación de cientos de miles de especies en una sola muestra ambiental, a través de un adecuado análisis bioinformático. 

Hace 8 años se introdujo el término de Biomonitoreo 2.0 (Baird and Hajibabaei, 2012) para describir la evaluación de la biodiversidad mediante el uso del ADN para diferentes aplicaciones y reemplazar el monitoreo biológico convencional que, a pesar de los esfuerzos científicos de los últimos 50 años, continúa siendo lento, impreciso y restringido a grupos limitados de organismos. 

Aplicaciones en el mundo y lo que necesita el Perú

En la industria sanitaria se viene aplicando el monitoreo de ADN para reemplazar el índice biótico de lodos, el cual mide la microfauna asociada a los lodos activos en plantas de tratamiento para determinar la eficiencia de la sanitización (Stoeck et al., 2018). 

Del mismo modo, en la acuicultura, el monitoreo del ADN en combinación con el aprendizaje automático supervisado (supervised machine learning) ha logrado complementar los software de medición del índice biótico marino para medir el impacto de las granjas de salmón sobre ecosistemas costeros (Frϋhe et al., 2020). 

Otros países ya se han lanzado en la carrera por el desarrollo de tecnologías similares para resolver sus propios problemas ambientales. Canadá inició en 2016 la iniciativa “The Ecobiomics Project” que busca aplicar la tecnología del ADN para evaluar la salud del suelo y la calidad del agua dulce en todo su territorio (Edge et al., 2020).  

Por su parte, el Instituto Australiano de Ciencias del Mar, viene explorando desde el 2001 el ADN de los organismos que conforman la Gran Barrera de Coral para evaluar el daño producido por la acidificación de los océanos y el cambio climático en este delicado ecosistema (Vanworterghem y Webster, 2020).  

Actualmente existen ya varios emprendimientos especializados en el mundo en el monitoreo de biodiversidad en ambientes acuáticos y terrestres utilizando ADN, tales como TropWater (Australia), SpyGen (Francia), EdnaSolutions (Suecia), NatureMetrics (Reino Unido), Genidaqs (Estados Unidos), Ednatec (Canadá), Aimethods (Alemania), E-biom (Bélgica), entre otros. 

El Perú se encuentra en la lista de los países más megadiversos del mundo por su variedad de ecosistemas y recursos genéticos, pero son constantemente impactados por diferentes problemas ambientales. Por esta razón, se debería hacer uso de las tecnologías más avanzadas para monitorear la biodiversidad y el impacto del hombre sobre ella. El uso de la tecnología del ADN para estudios ambientales se muestra como una alternativa que podría satisfacer esta necesidad. 

Bibliografía

Baird, D. J., & Hajibabaei, M. (2012). Biomonitoring 2.0: a new paradigm in ecosystem assessment made possible by next‐generation DNA sequencing. Molecular Ecology, 21(8):2039-2044

Birk, S., Bonne, W., Borja, A., Brucet, S., Courrat, A., Poikane, S., ... & Hering, D. (2012). Three hundred ways to assess Europe's surface waters: an almost complete overview of biological methods to implement the Water Framework Directive. Ecological Indicators18, 31-41.

Cao, Y., & Hawkins, C. P. (2011). The comparability of bioassessments: a review of conceptual and methodological issues. Journal of the North American Benthological Society30(3), 680-701.

Friberg, N., Bonada, N., Bradley, D. C., Dunbar, M. J., Edwards, F. K., Grey, J., ... & Woodward, G. U. Y. (2011). Biomonitoring of human impacts in freshwater ecosystems: the good, the bad and the ugly. In Advances in ecological research (Vol. 44, pp. 1-68). Academic Press.

Frühe, L., Cordier, T., Dully, V., Breiner, H. W., Lentendu, G., Pawlowski, J., ... & Stoeck, T. (2020). Supervised machine learning is superior to indicator value inference in monitoring the environmental impacts of salmon aquaculture using eDNA metabarcodes. Molecular Ecology.

Stoeck, T., Pan, H., Dully, V., Forster, D., & Jung, T. (2018). Towards an eDNA metabarcode-based performance indicator for full-scale municipal wastewater treatment plants. Water research144, 322-331.

Zinger, L., Gobet, A., & Pommier, T. (2012). Two decades of describing the unseen majority of aquatic microbial diversity. Molecular ecology21(8), 1878-1896.

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