El amor en tiempos de PCR
Alejandro Espinosa de los Monteros
Artículo publicado en el Portal Comunicación Veracruzana el día 23 de febrero 2022
PCR, en la actualidad un término conocido por todos; sin embargo, ¿sabemos a qué se refiere? En este ensayo, doy una breve explicación de su historia, aplicación y como se realiza en un laboratorio de biología molecular como los que existen en el INECOL.
Palabras clave: DNA, polimerasa, virus.
Los lectores de literatura latinoamericana deben recordar “El Amor en los Tiempos del Cólera” de Gabriel García Márquez. En ella, el Dr. Juvenal Urbino está obsesionado en acabar con la epidemia del Cólera que azota su pueblo. Su problema era lograr diferenciar la opresión sentida en el pecho producto de la infección del Cólera, de la producida por el desamor. Ahora, en los tiempos del Covid nos enfrentamos con un problema similar. Un paso importante para controlar la propagación del virus es la rápida detección de sus portadores. Síntomas como tos seca, escurrimiento nasal, dolor de garganta y fiebre, no son buenos indicadores ya que suelen presentarse en otros tipos de infecciones. Además, si tomamos en cuenta a los portadores asintomáticos no es sorprendente que esta enfermedad no ha podido detenerse en los dos años que llevamos de pandemia.
Todos hemos escuchado que la PCR es uno de los métodos más efectivos para detectar al virus del Sars-Cov-2. Sin embargo, pocas personas saben de qué se trata este método. Pues bien, PCR es un acrónimo que significa Polymerase Chain Reaction (Reacción en Cadena de la Polimerasa). La ventaja de esta prueba con respecto a otras es que la PCR puede detectar la presencia de virus y bacterias en etapas tempranas de la infección. El sistema inmune produce antígenos que son proteínas encargadas de eliminar organismos responsables de enfermedades. La prueba de antígenos puede fallar, ya que al inicio del contagio hay muy pocos virus y por lo tanto la concentración de esas proteínas no es suficiente para ser detectada. La PCR es más sensible, ya que identifica directamente el material genético (ADN o ARN) del agente infeccioso. En teoría con unos cuantos virus la prueba puede dar un resultado positivo.
La PCR es un método de clonación del material genético. Clonar es otro término muy popular actualmente (¡válgame, hasta el emperador Palpatine resultó ser un clon!). La clonación no es otra cosa que hacer una copia genéticamente idéntica de un organismo o de parte de su material genético. De manera natural, durante la reproducción celular se producen copias del ADN que está en la célula. La doble hélice del ADN se compone de cuatro moléculas conocidas como nucleótidos (adenina, citosina, guanina y timina). Cada “peldaño” de esta doble hélice se forma al unirse una pareja específica de nucleótidos; donde uno de ellos forma parte de una cadena, mientras que el otro es una pieza de la cadena complementaria. La adenina (A) se une con una timina (T) y la guanina (G) con una citosina (C). Es por esto, que cuando conocemos la secuencia de nucleótidos de una cadena, podemos fácilmente deducir la estructura de la otra. En la célula todo el proceso de duplicación del ADN se lleva al cabo por medio de enzimas (proteínas que realizan un trabajo). Una de estas enzimas es la polimerasa que se encarga de unir nucleótidos tomando como guía una cadena de la doble hélice. La mutación no es otra cosa que un error en el copiado del ADN, y se producen cuando la polimerasa inserta un nucleótido equivocado en la cadena que está copiando. Estos errores son relativamente comunes y todos los seres vivos tenemos células mutantes en nuestro cuerpo. En el caso de los virus estas mutaciones dan origen a las nuevas variantes como es el caso de Ómicron.
La duplicación del ADN se hace relativamente fácil en un laboratorio. Primero es necesario extraer y aislar el ADN. Ya que en todas las células hay algún tipo de material genético que se puede emplear cualquier muestra de tejido (sangre, piel, musculo, raíz de cabello, raspado bucal, etc.). Para la detección de Sars-Cov-2 se emplean raspados nasales, ya que la principal vía de acceso (y salida) del virus es a través del sistema respiratorio. Por ello, la primera barrera contra el virus es un cubrebocas; y este solo es efectivo si cubre por completo la boca y la nariz. El tejido se agrega a una solución de Proteinasa K, que es otra enzima encargada de romper las proteínas que forman las membranas de la célula. Después de unos minutos, la solución se filtra para eliminar los restos de proteínas,
azucares, grasas y otras substancias que se encuentran en la célula. Así, es como nos quedamos exclusivamente con el ADN. Ahora lo ponemos en una solución que contiene a la polimerasa y es cuando inicia la PCR. El proceso consta de tres etapas. En la primera se separan las cadenas que forman la doble hélice. Para ello, la solución que contiene el ADN se calienta a una temperatura de 95º C. A esta temperatura se rompen los enlaces químicos que se forman entre los nucleótidos complementarios de una y otra cadena. Para la segunda etapa se reduce la temperatura a 50º C y se produce la unión de unos compuestos conocidos como sondas en cada una de las cadenas originales del ADN. Esas sondas son fragmentos de ADN de aproximadamente unos 20 nucleótidos, que son complementarios a secuencias específicas del ADN que queremos identificar. Finalmente, para la tercera etapa se ajusta la temperatura a un punto en que la polimerasa se activa, la enzima identifica los lugares donde se unieron las sondas con las cadenas guía e inicia a pegar en cada una de ellas a los nucleótidos complementarios correspondientes. Al final de esta etapa obtenemos dos copias parciales del fragmento de material genético que nos interesaba identificar. Este proceso se repite alrededor de 35 veces, duplicando en cada ciclo el número de copias del material genético que se han formado en el ciclo previo. Por último, la muestra de PCR se tiñe con un compuesto fluorescente que permite ver si en la muestra de tejido existía el ADN que queríamos identificar. En este caso el material genético del virus Sars-Cov-2.
Generalmente pensamos en virus y en bacterias como seres dañinos causantes de múltiples problemas de salud. Sin embargo, algunos de ellos se han “domesticado” y son empleados en nuestro beneficio. A principios de 1970 el profesor Kjell Kleppe de la Universidad de Bergen (Noruega) presentó las bases para implementar la PCR. Lamentablemente, al elevar la temperatura para separar la doble hélice, la polimerasa era destruida. Ya que las proteínas se rompen al rebasar los 42º C (es por esto que fiebres altas ponen en riesgo la vida). Por lo tanto, al reducir la temperatura a 37º C era necesario agregar nueva enzima, lo cual hacía que el proceso fuera lento y costoso. Diez años más tarde, el Dr. Kary Mullis mientras manejaba su auto por los bosques de California recordó la existencia de una bacteria abundante en los geiseres del parque Yellowstone. Esta bacteria se llama Thermus aquaticus y vive sin problemas en aguas termales que alcanzan temperaturas cercanas a los 100º C. Aislar la polimerasa producida por esta bacteria llevo al Dr. Mullis a automatizar y hacer accesible el proceso. Sin duda, disciplinas como medicina, genética, biología molecular, etc. han logrado un gran avance en los tiempos del PCR.
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