Claudio Meneses: De ADN híbrido

Chile es el quinto exportador de vino a nivel mundial: 868 millones de litros de vino en 2019. A primera vista, una cifra asombrosa. El problema es el promedio del precio de nuestro vino: $737 el litro a granel (el 40% del vino que exportamos) y $1.900 la botella (US$29 la caja). Aumentar la calidad de nuestros vinos es fundamental en este mercado cada vez más exigente. Y, por supuesto, a mayor calidad, mejor es el precio.

La ciencia tiene mucho que decir en el incremento de la calidad de los vinos chilenos. Y, en especial, la biotecnología. Justamente, una de las líneas de trabajo de Claudio Meneses, investigador del Centro de Biotecnología Vegetal de la UNAB, se enfocó en resolver una inquietud que plantearon las dos viñas más grandes de nuestro país, Concha y Toro y VSPT Wine Group: la necesidad de garantizar la identidad genética de las uvas que utilizan para producir sus vinos de exportación.

“El problema es que cuando miras las selecciones dentro de una misma variedad como en Cabernet Sauvignon, las diferencias en apariencia son prácticamente cero. Por eso, en algún punto, las viñas tuvieron dudas en relación con la autenticidad genética de sus selecciones traídas desde Francia después de haberlas manejado por más de 30 años”, explica Meseses, doctor en genética del Centro de Investigación en Agrogenómica, CRAG (Barcelona, España).

Pensemos en una copa de Cabernet Sauvignon de rojo rubí intenso. Si bien todos las vides que producen la uva de Cabernet Sauvignon se ven iguales, agricultores y científicos han desarrollado decenas de selecciones o “clones” para cumplir con determinadas necesidades agronómicas -como clones más productivos o generación de uva de mejor calidad en cierto tipo de suelo- y enológicas, como mayor o menor cantidad de taninos en la uva (los que provocan esa interesante sensación de sequedad en la boca). Entonces lo que uno bebe, en realidad, es una copa de Cabernet Sauvignon clon 337, por ejemplo. Pero, ¿qué pasa si no toda la uva con la que se preparó mi vino es el clon 337? La calidad no sería homogénea.

“Este fue un proyecto biotecnológico donde la empresa nos buscó e hicimos una propuesta de cómo podríamos resolver su problema. Eso en Chile es muy poco habitual, que la empresa te busque”, detalla Meneses, quien antes de dedicarse a la genómica, estudió agronomía, por lo que comprendía perfectamente el problema de las viñas detrás de la identidad de sus clones. De hecho, trabajó por bastantes años en mejoramiento genético con el mundo privado. “Me relaciono muy fácil con ambas especies, por decirlo de alguna manera, con la empresa y los investigadores”, dice. Y tras reflexionar unos segundos, agrega: “Podría decir que mi ADN es híbrido: 50% agrónomico y 50% genómico”.

Hablando en genómico: A, T, C, G

Entonces, ¿cómo determinar la identidad de las vides? Para eso, hay que mirar su ADN y “encontrar diferencias mínimas entre dos cosas prácticamente idénticas”, explica el propio Meneses, quien enfrentó este desafío junto a Catalina Pavez y al Dr. Claudio Urra.

Dr. Claudio Meneses

Vamos por parte, el genoma es la colección completa del ADN de un ser vivo. Además de la información hereditaria, el ADN contiene las instrucciones para sintetizar las proteínas, fundamentales para el funcionamiento de los seres vivos. Estas instrucciones -el idioma de la genómica- están escritas con sólo cuatro letras, son las llamadas bases nitrogenadas: adenina (A), timina (T), citosina (C) y guanina (G). Estas bases se organizan en pares, que poseen el muy original nombre de pares de bases: A siempre con T y C siempre con G.

El genoma de Cabernet Sauvignon tiene unos 500 millones de pares de bases (el ser humano sextuplica este número). Entonces la tarea de Meneses fue encontrar una ‘aguja en un pajar’: buscar entre estos 500 millones pares de bases, pequeños trozos de ADN que distinguieran entre sí los ocho clones de Cabernet Sauvignon con los que trabajaron. Son los llamados marcadores moleculares. “Por ejemplo en el caso de un clon en particular, este marcador molecular es una región de nueve pares de bases, que en otro clon, en la misma posición, no están”, detalla Meneses, director del doctorado en biotecnología de la UNAB.

El desafío no fue solamente encontrar mínimas diferencias entre dos “puzzles” formados por cientos de miles de piezas (el genoma con sus 500 millones de pares de letras). Existía una dificultad anterior, había que armar los puzzles que se compararían entre sí. El primero, el «puzzle» de referencia, conocido como genoma de referencia, implicaba secuenciar el genoma completo del Cabernet Sauvignon. Este trabajo lo realizó Dario Cantù, investigador del Departamento de Viticultura y Enología de la U. de California Davis (UC Davis), centro que cuenta con una de las tecnologías más potentes de secuenciación. El doctor Cantù es también parte del Centro de Innovación que UC Davis tiene en Chile, donde surge inicialmente este trabajo colaborativo con las viñas y UNAB.

Y para sumar complejidades a este desafío, no trabajaron solamente con el Cabernet Sauvignon, el proyecto incluyó las otras cuatro variedades más importantes para la industria nacional: Pinot Noir, Carménère, Sauvignon Blanc y Chardonnay.

La tarea de Meneses en Chile fue construir los “puzzles” que se compararían con los genomas de referencia, para lo cual debió re-secuenciar cien genomas de las cinco variedades de vid. Esto era una tarea impensada hace 15 años. Sólo basta con recordar el proyecto genoma humano que finalizó en 2003 y que involucró 13 años, 3 billones de dólares y varios grupos de investigación. Hoy, la UNAB cuenta con tres secuenciadores de secuenciación masiva. “Podemos secuenciar un genoma humano en nuestro laboratorio en dos días y a un costo de 250 dólares o menos”, ejemplifica Meneses, director del Laboratorio de Genética y Genómica de Plantas.

También es crucial contar con poderosos servidores que permitan analizar la información. “Los secuenciadores generan millones y millones de lecturas de piezas del genoma de un individuo. Entonces después estas pequeñas piezas que generan como un rompecabeza, hay que armarlas con computadores muy potentes”, explica Meneses. Y claro, después buscar las diferencias, una por una.

El último paso

¿El trabajo finalizó con la determinación de los marcadores moleculares para cada uno de los clones que utiliza la industria? No. Lo que las viñas realmente necesitan es contar con un método barato y rápido que les permita mirar de forma masiva y rutinaria esa región específica del ADN donde están ubicados los marcadores moleculares. Sólo así pueden asegurarse de que el clon que están propagando en el vivero (como es el caso de Concha y Toro que produce parte importante de sus vides), sea realmente el que quieren. Para eso, el equipo de Meneses optimizó y personalizó la tecnología de “amplicon sequencing”, con la cual sólo toma un par de días analizar cientos de muestras a un bajo precio.

“Cuando trabajas en este tipo de proyectos, el impacto es más cuantificable. Ves el interés de la empresa cuando incorporan esta tecnología en sus procesos de control y seguimiento y cuando hablan de que a partir de esta herramienta van a mejorar sus estándares de producción, lo que los hace más competitivos en el mercado. Cuando hablas de Concha y Toro, una de las viñas más grandes del mundo, eso tiene un impacto económico privado y social importante”, reflexiona Meneses, también investigador del Centro de Regulación del Genoma (CRG).

Todo el proyecto duró cuatro años. Opina que se trató de “poco tiempo, pero eso es gracias al avance de tecnología de secuenciación y a toda la experiencia que tenemos como grupo”. Esto, porque desde que el investigador ingresó a la UNAB en 2012 ha trabajado resolviendo problemas de la industria frutícola. Por ejemplo, identificando marcadores moleculares -o genes – en duraznero (Prunus persica) y cerezo (Prunus avium) que estén asociados a características de interés para la industria. A nadie, por ejemplo, le gustan los duraznos harinosos. “Estamos probando y validando con la industria los primeros marcadores que nos permiten estimar la susceptibilidad o tolerancia de un genotipo a presentar un desorden como la harinosidad”, detalla Meneses, vinculado a diversos proyectos con el Consorcio tecnológico Biofrutales SA.

El genoma del coronavirus

En su afán de realizar investigación colaborativa, Meneses ha trabajado con numerosos grupos. Por lo mismo, ha secuenciado “una muy variada y sorprendente lista de especies”, dice tras sus lentes ópticos de marco negro. Eso ha incluido muestras de genomas humanos, ratones, degu, congrio, lenguado, pez zebra, erizo, bacterias patógeneas, bacterias de la Antártica y del desierto, algas, plantas del desierto florido, y especies de importancia económica de todos los tipos.

Por eso, cuando Ariel Orellana, vicerrector de Investigación y Doctorado de la UNAB, le preguntó: “¿Puedes secuenciar genomas de coronavirus”. Su respuesta fue: “Sí, podemos ya que tenemos la tecnología y experiencia para hacerlo”. Así es como Meneses, junto a los investigadores Castro, Montecino y Orellana de la UNAB, se sumaron al Consorcio Genomas CoV2, iniciativa inter-institucional que coordina el Ministerio de Ciencia, Tencología, Conocimiento e Innovación y liderada por el CRG.

“Actualmente estamos secuenciando genomas del virus que provienen desde muestras de pacientes Covid positivo de distintas regiones de Chile. El objetivo es generar un repositorio con esta información. Esos datos servirán para estimar qué tan rápido ha ido mutando el virus, como también determinar si la variante en nuestro país se parece más a la que se detectó en China originalmente o a la europea, o si existen mutaciones que están solo presentes en Chile o en zonas específicas de nuestros país”, explica Meneses.

Posteriormente, virológos e investigadores en biomedicina podrán usar esta información para determinar, por ejemplo, asociación entre la severidad de la sintomatología y alguna variante en el genoma del virus.

“Muchas veces los investigadores nacionales contratamos servicios externos. Por ejemplo, secuenciamos muestras de ADN en Estados Unidos o Corea por ventajas en términos de precio. Pero hoy con el tema del Covid-19 y las dificultades de enviar muestras humanas y de conseguir insumos, nos hemos dado cuenta de lo importante que es tener competencias, infraestructura y equipamiento propio. Bajo esa lógica, pienso que deberíamos tener un centro de genómica que cubra todas las necesidades de información para nuestro país, que van a ser totalmente necesarias”, añade el investigador.

Porque claro, Meneses está convencido de que estamos en la era de la genómica. “La genómica podría aportar en diferentes niveles, a la ciencia básica y aplicada, en salud, como apoyo para la industria frutícola, salmonera o forestal. La genómica va a ser una herramienta transversal, que se va a incorporar en la vida cotidiana de las personas mucho antes de lo que creemos”, finaliza.