La extracción del ADN

Explica con tus palabras qué significa extraer el ADN de una célula eucariota y cita dos materiales sencillos de los que se pueden obtener las células para la práctica (por ejemplo, la mucosa de la mejilla o una fruta). ¿Por qué conviene triturar bien el material antes de empezar?

En la práctica de extracción de ADN se utilizan un detergente lavavajillas, sal y alcohol muy frío. Explica el papel de cada reactivo: qué estructuras de la célula disuelve el detergente, para qué sirve la sal y qué le ocurre al ADN cuando entra en contacto con el alcohol.

Razona por qué para extraer ADN sirve casi cualquier tejido, por ejemplo una hoja de lechuga o un trozo de pollo, siempre que sus células tengan núcleo. ¿Qué tienen en común todas esas células?

El detergente lavavajillas disuelve las membranas celulares porque estas están formadas por una bicapa de fosfolípidos. Explica la analogía con lo que hace el detergente al lavar un plato grasiento y qué le ocurre entonces al contenido de la célula.

Observa el esquema del tubo de ensayo al final de la práctica de extracción de ADN. Identifica qué señalan los marcadores ?1, ?2 y ?3 (la capa de alcohol, el extracto acuoso con el ADN disuelto y los filamentos de ADN que aparecen en la zona de contacto) y explica por qué el ADN se concentra precisamente en esa zona.

Tras triturar el material con la mezcla de extracción, la práctica continúa filtrando el conjunto. Explica qué se retiene en el filtro, qué pasa al vaso y por qué interesa deshacerse de la parte sólida.

En el tubo, el ADN pasa de estar disuelto en el extracto a formar un precipitado de filamentos al añadir el alcohol. Explica si la molécula de ADN ha cambiado químicamente en ese proceso o solo ha cambiado su estado físico, y compáralo con lo que le ocurre a la sal cuando precipita en agua.

El alcohol de la práctica debe estar muy frío y hay que verterlo con cuidado, de modo que forme una capa sobre el extracto sin mezclarse con él. Explica qué ventaja tiene que el alcohol esté frío para la solubilidad del ADN y por qué conviene que las dos capas no se mezclen.

El ADN es soluble en el extracto acuoso con sal, pero insoluble en alcohol frío, mientras que muchas proteínas y restos de membrana se quedan en el líquido. Explica la diferencia entre disolver y precipitar, y por qué este cambio de solubilidad permite separar el ADN de gran parte de las impurezas.

Enumera el material de laboratorio necesario para la práctica de extracción de ADN (vaso de precipitados, colador o filtro, tubo de ensayo, varilla de vidrio) y explica para qué se utiliza cada uno.

Aunque la práctica usa ingredientes de cocina, se hace en un laboratorio. Cita dos normas de seguridad que debes respetar (por ejemplo, no probar nada y mantener el alcohol lejos de cualquier llama) y explica el motivo de cada una.

Estos pasos de la práctica de extracción de ADN están desordenados: añadir el alcohol muy frío por las paredes del tubo sin agitar; triturar el material; preparar la mezcla de agua, sal y detergente; filtrar el conjunto; recoger los filamentos de ADN con una varilla. Ordénalos y justifica por qué cada paso debe ir en esa posición.

Diseña un experimento para comprobar de qué fruta, entre plátano, kiwi y fresa, se obtiene más ADN con el mismo protocolo. Indica qué variables mantendrías constantes para que la comparación sea justa y cuál medirías para comparar los resultados.

Al final de la práctica aparece, en la zona de contacto entre el extracto y el alcohol, una especie de nube blanquecina formada por filamentos. Describe qué se observa y explica qué es realmente ese material —no es una única molécula ni el ADN de una sola célula— y por qué es visible a simple vista si una molécula de ADN no lo es.

Una célula humana contiene unos $6\ \text{pg}$ de ADN ($6 \times 10^{-12}\ \text{g}$). Estima cuántas células harían falta para obtener $1\ \text{mg}$ de ADN y razona por qué en la práctica hace falta triturar una buena cantidad de material.

Una molécula de ADN tiene un grosor de unos $2\ \text{nm}$, mientras que los filamentos que se ven en la práctica miden unas décimas de milímetro, por ejemplo $0.5\ \text{mm}$. Estima cuántas moléculas de ADN agrupadas caben en el grosor de un filamento y relaciona el resultado con el hecho de que el ADN precipitado sea visible a simple vista.

Un compañero propone extraer ADN humano a partir de una gota de sangre. Razona por qué los glóbulos rojos no sirven para esta práctica y qué células de la sangre habría que utilizar en su lugar.

Quieres extraer ADN de una fresa y de una cebolla aplicando el mismo protocolo. Razona qué ajustes podrías necesitar en el triturado o en la cantidad de detergente según la dureza de cada tejido, y predice de cuál esperas obtener más ADN visible, sabiendo que la fresa es octoploide: sus células tienen ocho juegos de cromosomas en lugar de dos.

Un grupo de alumnos quiere adaptar el protocolo de extracción de ADN vegetal a tejido animal (pechuga de pollo). Proponen suprimir dos pasos: el triturado mecánico inicial (porque la carne es más blanda que una pared vegetal) y la adición de detergente (porque las células animales no tienen pared celular).

Evalúa críticamente sus dos propuestas: justifica si es acertado prescindir de cada uno de esos pasos en función de la organización de las células animales y predice qué obtendrían si eliminaran el detergente.

Al terminar la práctica con fresa y con kiwi, un alumno compara ambos tubos y afirma: «El ADN de ambas frutas se ve exactamente igual (una masa blanquecina y filamentosa). Eso demuestra que a nivel molecular el ADN de todas las especies es idéntico y que la extracción no sirve para diferenciarlas». Rebate su conclusión distinguiendo qué parte de la molécula de ADN es universal para todos los seres vivos y cuál es la que realmente contiene la información que permite a un laboratorio secuenciar e identificar la especie.

Durante la práctica de extracción de ADN vegetal, tres grupos obtienen resultados fallidos:

• Grupo A: Trituró el tejido vegetal en una batidora a máxima potencia durante diez minutos y no observa hebras, solo un líquido turbio sin filamentos definidos.

• Grupo B: Añadió alcohol al 96 % a temperatura ambiente ($22\ ^\circ\text{C}$) en lugar de enfriarlo previamente a $-20\ ^\circ\text{C}$, y apenas observa precipitado en la interfase.

• Grupo C: Agitó enérgicamente con una varilla el tubo de ensayo nada más verter el alcohol y las fibras que empezaban a agruparse se deshicieron.

Justifica qué ha ocurrido a nivel físico o molecular en cada caso para explicar el fracaso de la extracción.

El ADN obtenido con el protocolo escolar no es puro: precipita junto con proteínas (histonas) y lípidos. Un equipo propone añadir zumo de piña natural (rico en bromelaína, una enzima proteasa) al filtrado antes de añadir el alcohol. Otro equipo propone calentar el filtrado a $100\ ^\circ\text{C}$ durante $15$ minutos para eliminar las impurezas proteicas.

Evalúa ambas propuestas: justifica cuál de las dos es adecuada explicando la acción de la proteasa sobre las histonas, y predice el efecto contraproducente que tendría hervir la muestra sobre la molécula de ADN.

En una investigación forense se recoge una minúscula muestra biológica (un pelo con raíz que contiene apenas unas decenas de células). Un alumno afirma: «Podemos usar el protocolo casero de la fresa: trituramos, añadimos lavavajillas, sal y alcohol, y luego leemos los genes con una lupa». Rebate su afirmación identificando tres limitaciones insalvables de este método escolar y justifica qué técnicas avanzadas (como la amplificación por PCR o la purificación enzimática) son imprescindibles en un laboratorio real para analizar la muestra.

Para identificar a un sospechoso, un laboratorio corta las muestras de ADN con enzimas y somete los fragmentos a electroforesis en un gel de agarosa:

1. a) Si el ADN tiene carga neta negativa debido a sus grupos fosfato, deduce razonadamente hacia qué polo eléctrico (positivo o negativo) migrarán los fragmentos al conectar la corriente.
2. b) Si una muestra contiene fragmentos de ADN de $300$ pares de bases y otros de $2500$ pares de bases, predice cuáles quedarán más alejados del pocillo de carga en la malla del gel y justifica el motivo físico.
3. c) Interpreta qué significaría que el patrón de bandas del sospechoso coincida exactamente en posición y número con el de la muestra hallada en el lugar del delito.