El reloj epigenético permite conocer la edad de los individuos con precisión a partir de una simple muestra de ADN. La edad es un parámetro demográfico esencial para comprender la dinámica de poblaciones, diseñar planes de gestión y comprender la adaptación de las especies al cambio climático.
El reloj epigenético permite conocer la edad de los individuos con precisión a partir de una simple muestra de ADN. La edad es un parámetro demográfico esencial para comprender la dinámica de poblaciones, diseñar planes de gestión y comprender la adaptación de las especies al cambio climático.
Investigadores del Instituto de Ciencias del Mar del CSIC (ICM-CSIC) han desarrollado un reloj epigenético en peces que permite predecir la edad de las poblaciones con mayor exactitud que los métodos empleados hasta ahora. El estudio ha sido liderado por Dafni Anastasiadi y Francesc Piferrer, y se ha publicado en Molecular Ecology Resources.
Para controlar la sobrepesca y conservar las poblaciones en declive, es indispensable tener bien caracterizadas las poblaciones de peces en el océano. Esta caracterización se realiza recopilando una serie de parámetros demográficos. Entre ellos, la edad es uno de los más relevantes porque se relaciona con el potencial de supervivencia y reproducción. El desarrollo de un reloj epigenético en peces supone una herramienta esencial para realizar estudios de gestión pesquera y dinámica de poblaciones.
Durante más de un siglo, se ha estimado la edad de los peces con métodos basados en el análisis de patrones de crecimiento registrados en las estructuras duras de los peces, como escamas u otolitos (unas piezas del oído interno), de forma similar a leer los anillos de crecimiento en el tronco de un árbol. Estos métodos no solo requieren mucho tiempo y personal cualificado, sino que no son adecuados para determinar la edad en algunas especies económicamente importantes como la merluza o el rape. “El reloj epigenético es un método más preciso, que puede ser universal para todas las especies de peces y puede tener aplicaciones en la gestión de poblaciones tanto en pesquerías como en poblaciones amenazadas en el medio natural”, explica Dafni Anastasiadi, investigadora del ICM-CSIC.
Reloj epigenético: la edad escrita en modificaciones del ADN
Los factores ambientales influyen en la forma en que se expresan los genes. La epigenética estudia cómo se integra la información genética y el ambiente para regular la expresión de los genes.
Una de las principales marcas de regulación epigenética es la metilación del ADN, un cambio químico singular que regula la expresión de los genes. La metilación del ADN varía a lo largo de la vida de un individuo y puede aportar información diversa.
Se sabe que la metilación ocurre en zonas específicas de los genes (en concreto, en zonas de la secuencia de ADN donde una citosina, C, está seguida de una guanina, G: pares conocidos como dinucleótidos CpG). Conociendo dónde se encuentran estas secuencias CpG y cómo se metilan respecto a la edad, es posible diseñar un reloj epigenético que permita conocer la edad del individuo tomando una muestra de ADN.
En vertebrados y aves, se conocen los patrones de cambios en la metilación del ADN que están relacionados con la edad, lo que ha permitido diseñar relojes epigenéticos para predecirla. Para construir un reloj epigenético en peces, los investigadores del Instituto de Ciencias del Mar han tenido que superar algunas incertidumbres: a diferencia de vertebrados y aves, los peces tienen una composición de dinucleótidos CpG un poco diferente, son poiquilotermos o “de sangre fría”, es decir, su temperatura interna depende del ambiente, y su crecimiento es indeterminado y puede verse alterado por la temperatura ambiental.
Para encontrar un patrón estable en la metilación de ADN que pudiera emplearse como reloj epigenético, los científicos analizaron 48 CpG pertenecientes a cuatro genes en muestras de tejido muscular de lubinas europeas (Dicentrarchus labrax) procedentes de una piscifactoría, donde se conoce la edad cronológica exacta de cada pez, lo que ha permitido establecer la correlación. Aplicando procesamientos de aprendizaje automático, se ha conseguido desarrollar un reloj epigenético capaz de desvelar la edad de los individuos con exactitud, independientemente de los factores ambientales que pueden alterar el resultado (como es el caso de las elevadas temperaturas, que aceleran el crecimiento). El reloj puede desvelar la edad cronológica sin verse afectado por factores ambientales, dicen los científicos.
“El desarrollo del primer reloj epigenético en peces allana el camino para estudios similares en otras especies. Estos relojes epigenéticos deberían ser de gran utilidad para la gestión pesquera y los proyectos de conservación, donde la determinación de la edad es de crucial importancia, concluye Francesc Piferrer, investigador del ICM y coautor del estudio.
Adaptación al cambio climático
Los avances recientes en la comprensión del comportamiento de las poblaciones que se estructuran según la edad de sus individuos indican que la proporción de las diferentes edades, es decir, la relación entre individuos jóvenes y adultos, podría ser de particular importancia para predecir la respuesta de estas poblaciones al cambio climático. En este contexto, los relojes epigenéticos son una herramienta eficaz para obtener una representación precisa de la estructura de edad de la población, una información esencial para desarrollar modelos que predigan la adaptación de las especies al cambio global.
Artículo de referencia:
Anastasiadi, D., Piferrer, F. (2019). A clockwork fish: Age prediction using DNA methylation‐based biomarkers in the European seabass. Molecular Ecology Resources. https://doi.org/10.1111/1755-0998.13111