¿Qué fan de la saga de Star Wars no recuerda ese momento en que Darth Vader le revela a Luke Skywalker que es su padre (aunque Darth Vader nunca pronunció el “Luke” que aparece en el título del artículo)?

 

Es comprensible la decepción de Luke (no mola nada ser el hijo del malo) pero si dudaba de la palabra de Darth Vader podría haberse practicado una sencilla prueba de paternidad que, si ahora son tan simples, en el mundo de Star Wars probablemente se podrían llevar a cabo con alguna app instalada en la espada láser.

Seguro que todos habéis oído hablar de las famosas pruebas de ADN, bien porque algún famoso es acusado de haber engendrado hijos de forma industrial y estos reclaman ser sus herederos, bien porque se ha hallado una muestra biológica (sangre, semen, saliva…) en el escenario de un crimen e, introduciéndola en una base de datos (el famoso CODIS), se encuentra al delincuente en cuestión de segundos.

¿En qué se basan estas pruebas genéticas, que nos permiten concluir si una muestra de ADN pertenece a una persona o si está emparentada con otra? Pues se fundamentan en lo que conocemos como microsatélites.

Los microsatélites

El genoma de dos personas cualesquiera es semejante en más de un 99%, por lo que si estamos interesados en diferenciar individuos debemos fijarnos en la parte en que difieren. También nos interesan secuencias de ADN que se hereden de padres a hijos, para así poder realizar pruebas de paternidad, y que sean lo suficientemente variables en la población como  para que no existan dos personas que compartan las mismas secuencias. Hace más de 30 años se descubrieron unos fragmentos del genoma que cumplían estas propiedades a la perfección: se trata de unas secuencias de ADN en las que se repiten grupos de un pequeño número de nucleótidos, normalmente 3 o 4. A estos fragmentos se les conoce como microsatélites o repeticiones cortas en tándem (STR – short tandem repeats).

Tomemos, por ejemplo, el STR denominado D7S820, que se encuentra en el cromosoma 7. En esta posición del genoma se produce una repetición del grupo de cuatro letras (nucleótidos) GATA, que puede variar entre 5 y 16 repeticiones. Por ejemplo, en este fragmento extraído de GenBank podemos encontrar 12 repeticiones de GATA.

Hemos de pensar que disponemos de dos copias de cada cromosoma (una de nuestro padre y una de nuestra madre) así que tendremos dos versiones (la palabra técnica y precisa es alelos) de esta secuencia de repeticiones, puede que con un número distinto en cada cromosoma. Por ejemplo, Luke podría tener 10 repeticiones de GATA en un cromosoma y 11 repeticiones en el otro. Podríamos representar esta configuración como 10/11.

Hemos dicho que en el marcador D7S820 hay entre 5 y 16 repeticiones. Es decir, en cada uno de nuestros dos alelos podemos tener una de doce posibilidades de repetición, por lo que en total hay 78 posibilidades en cada persona (venga, ponte a contarlas: 5/5, 5/6, 5/7…,5/16, 6/6, 6/7…,6/16…,16/16).

Uy, con esto no solucionamos mucho. La probabilidad de que cualquiera tenga una configuración concreta (como 8/12, por ejemplo) es de 1 entre 78. Eso significa que seguro que tienes alguien cerca con los mismos alelos que tú en este marcador. Necesitamos más marcadores STR, de forma que la probabilidad de que haya dos personas con la misma configuración en todo el mundo sea prácticamente cero (¡salvo que sean gemelos idénticos, claro!).

Por ejemplo, en el famoso CODIS del FBI se utilizaron inicialmente 13 STRs más uno para determinar el sexo (amelogenina), aunque desde enero de 2017 se analizan 20 marcadores. En este artículo trabajaremos con los 13 STRs iniciales.

¿Cómo se cuentan esas repeticiones?

Antes de seguir con la prueba de paternidad a Darth Vader vamos a explicar brevemente cómo se obtiene experimentalmente el número de repeticiones para cada uno de estos marcadores (puedes saltar esta sección si la consideras muy compleja).

En primer lugar, y una vez obtenida la muestra, se amplifican los fragmentos del genoma de interés mediante la reacción en cadena de la polimerasa (PCR). Básicamente, se realizan muchas «fotocopias» de los microsatélites, las secuencias en las que que queremos contar las repeticiones. De esta forma se consiguen millones de copias de las secuencias de marcadores STR de interés. Ahora queremos contar cuantas repeticiones hay en cada marcador. ¿Cómo lo conseguimos? Teniendo en cuenta que cuantas más repeticiones tenga un fragmento, mayor será su peso molecular, podemos separarlos mediante electroforesis: se somete a la muestra a un campo eléctrico que arrastra sobre un gel los fragmentos según su carga y peso molecular: cuanto más repeticiones tenga un fragmento, más pesará y menos se moverá al desplazarse por el gel. Al final se obtiene un electroferograma como el siguiente, en el que se analiza el marcador D4S139 de una familia.

Veamos si podemos explicar este electroferograma del STR D4S139, que se lee en columnas (carriles). Cuanto más hacia arriba se encuentre una banda o señal, mayor será su peso molecular y, por tanto, el número de repeticiones. Fijémonos en los carriles 8, 9, 10 y 12 que se corresponden, respectivamente, con marido, esposa, hijo e hija. En el caso del marido (8) observamos dos bandas con distinto número de repeticiones (alelos heterozigóticos). En la esposa (9) nos encontramos con una sola banda más intensa, por lo que sus dos alelos tendrían el mismo número de repeticiones (alelos homozigóticos). Fíjate ahora en que las bandas de sus hijos (10 y 12) muestran una señal coincidente con el padre y otra señal coincidente con la madre. Una vez entiendas esto, ¿podrías averiguar si los abuelos (carriles 13 y 14) tienen relación con el marido o con su esposa?

Hoy en día todo este proceso está automatizado y pueden adquirirse kits que generan un gráfico más sencillo de leer en el que se muestran los picos y número de repeticiones asociados a varios marcadores STR simultáneamente.

El test de paternidad de Luke Skywalker

Debido a mis influencias en el Imperio, he podido conseguir una copia del perfil genético de Luke Skywalker. Aquí lo tienes (haz clic sobre la imagen para ampliar).

Los picos indican el número de repeticiones de cada marcador STR. Fíjate en que el marcador del que hemos hablado en primer lugar (D7S820) presenta los picos a 10 y 11. El hecho de que haya dos picos, como hemos comentado anteriormente, indica que las repeticiones en ambos marcadores son distintas (alelos heterozigóticos). Puede ocurrir que ambos alelos presenten el mismo número de repeticiones, lo cual daría lugar a un solo pico más intenso, como ocurre con el marcador D8S1179 (alelos homozigóticos).

Ahora vamos a hacer la prueba de paternidad comparando el perfil genético de Luke con el de Darth Vader y el del algún otro posible padre, como por ejemplo Obi Wan Kenobi. En la siguiente tabla se representan los alelos de Luke extraídos de la gráfica anterior, así como los de Darth Vader y Obi Wan Kenobi, que se obtuvieron a través de contactos en el Imperio.

Hemos de tener en cuenta que, para cada marcador, Luke heredó un alelo de su padre y otro de su madre. Así que su padre real ha de coincidir en al menos un alelo (recuerda, el número de repeticiones del marcador en uno de los dos cromosomas) con alguno de los alelos de Luke para ese marcador concreto. Y esta condición se ha de cumplir para todos los marcadores (podríamos permitir un fallo, pero no más). En la tabla anterior puedes comprobar que solo Darth Vader cumple este requisito (he marcado en rojo los alelos coincidentes en padre e hijo). Lo siento, Luke.

Que coincidan todos los marcadores STR analizados de padre e hijo en al menos un alelo puede interpretarse como una certeza de paternidad (o, en el caso de un delincuente, la coincidencia de todos los alelos sería una prueba de su relación con el lugar donde se cometió un delito). Pero para presentar este resultado como prueba en un juicio se necesita hacer una valoración estadística. Simplificando, deberíamos contestar a la pregunta, ¿qué probabilidad hay de que la coincidencia de marcadores sea casual y no debida a una relación directa entre los perfiles comparados? Es decir, ¿puede ser que obtengamos la coincidencia de perfiles genéticos entre personas no emparentadas, sin nada que ver el uno con el otro? El objetivo final es facilitar la denominada probabilidad de paternidad (por ejemplo, una probabilidad del 99.99956% dejaría pocas dudas de que la muestra analizada se corresponde con la del padre que se está buscando).

Para realizar este cálculo necesitamos conocer cuál es la distribución de alelos de cada marcador en la población, si es posible teniendo en cuenta las características étnicas. Ten en cuenta que distintos grupos étnicos (caucásicos, hispanos, asiáticos, afroamericanos…) pueden presentar distintas frecuencias de aparición de estas repeticiones. Para más información sobre cómo se realiza este análisis estadístico, os remito a la primera de las referencias al final del artículo.

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Con esta prueba del perfil genético podríamos asignar la paternidad a partir de la muestra de hijo y padres, acusar a delincuentes utilizando muestras biológicas obtenidas en el lugar del delito, o incluso asociar restos humanos de catástrofes o atentados a sus familiares para una identificación. Sólo hay un problema: en el caso de gemelos idénticos, con el mismo genoma, esta asociación es imposible. ¿Cómo distinguirlos, entonces? De eso nos ocuparemos en otro artículo.

Referencias

• La prueba de paternidad con ADN, Héctor Rangel Villalobos. Noticonaquic, 18 (49): 40-51 (2010).
• Thirty years of DNA forensics: How DNA has revolutionized criminal investigations,  Celia Henry Arnaud. Chemical and Engineering News, Volume 95 Issue 37 | pp. 16-20 (2017).
• Forensics, DNA Fingerprinting, and CODIS, Karen Norrgard. Nature Education 1(1):35 (2008).
• Encoded evidence: DNA in forensic analysis, Jobling, M. A. & Gill, P. Nature Reviews Genetics 5, 739-751 (2004).