35 años de la PCR, la técnica que revolucionó la biología molecular

Actualmente todos estamos oyendo hablar de la PCR como mínimo una vez al día, por ser la prueba más utilizada para la detección del SARS-CoV-2. Sin embargo, esta técnica tiene más usos a parte de la detección de patógenos, como la clonación de ADN y la detección de ADN en análisis forenses. La PCR ha revolucionado la biología molecular desde su descubrimiento en 1985. En este articulo, realizando un viaje a través de su historia, conmemoraremos el 35 aniversario de uno de los avances científicos más importantes del siglo XX.

Antecedentes

  • En 1869 Friedrich Miescher aisló por primera vez moléculas ricas en fosfatos, las cuales bautizó como nucleinas, mientras estudiaba los glóbulos blancos.
  • En 1910 Albrecht Kossel obtuvo el Premio Nobel de Fisiología o Medicina por aislar y describir los ácidos nucleicos.
  • En 1953 Francis Crick, James Watson y Rosalind Franklin describieron la estructura de doble hélice del ADN.
  • En 1957 Arthur Kornberg aisló la primera ADN polimerasa, enzima responsable de la replicación del ADN.

El primer concepto sobre la PCR

La reacción en cadena de la polimerasa o PCR (de sus siglas del inglés «Polymerase Chain Reaction») sirve para amplificar una muestra de material genético, consiguiendo así millones de copias de la misma. Esta técnica se basa en usar un choque térmico para desnaturalizar el ADN, es decir, para que se separen las dos cadenas complementarias de ADN. Esto permite la unión de los cebadores, que son fragmentos de ácidos nucleicos que actúan como punto de inicio para la adición de nucleotidos. Estos cebadores o primers permiten que la ADN polimerasa sintetice la cadena complementaria de ADN a partir de la hebra original.

La primera descripción del uso de una PCR básica se atribuye al bioquímico y biólogo molecular noruego Kjell Kleppe. En un artículo publicado en 1971 se sugería el uso de cebadores para amplificar una molécula de ADN de interés. Sin embargo, no fue verificado experimentalmente y su idea no recibió mucha atención.

Kary Mullis y el viaje en coche que revolucionaría la ciencia

La idea de la PCR tal y como la conocemos fue concebida por el bioquímico estadounidense Kary B. Mullis quien trabajaba para la compañía biotecnológica Cetus Corporation. Según lo que relató en su página web, la idea vino a su cabeza una noche mientras conducía por California en 1983. Se le ocurrió que uniendo por complementariedad dos oligonucleótidos en ambas hebras opuestas de ADN a cierta distancia la una de la otra, la ADN polimerasa podría usarlos como cebadores para sintetizar la cadena completa y amplificar la zona de ADN de interés.

Historia de la PCR.
Kary B. Mullis. Imagen de Wikipedia.

Mullis puso su idea en práctica y en 1985 se publicó el primer artículo que usó la técnica de la PCR para amplificar secuencias de la proteína β-globina. Sin embargo, la revista Nature lo rechazó y se publicó en Science al año siguiente. La técnica de la PCR ganó popularidad entre 1985 y 1987, ya que hasta ese momento obtener gran cantidad de ADN puro era muy difícil.

Esta PCR provisional tenía un problema: La ADN polimerasa utilizada, obtenida de Escherichia coli, no resistía altas temperaturas y había que añadir nuevas enzimas en cada ciclo. El proceso, aunque efectivo, consumía mucho tiempo y el riesgo de contaminación de la muestra era elevado, por lo que Mullis buscó una solución.

Una bacteria que lo cambió todo

En 1969 los científicos de la universidad de Indiana Thomas D. Brock y Hudson Freeze descubrieron la bacteria Thermus aquaticus. La bacteria se halló en las aguas termales del Parque Nacional de Yellowstone, en Estados Unidos. La ADN polimerasa de esa bacteria termófila fue aislada en 1976. Esta enzima se caracteriza porque mantiene su actividad incluso a temperaturas superiores a 75 ºC.

Esta polimerasa, denominada Taq polimerasa, fue la solución de Mullis al problema de la PCR. Esta enzima podía resistir las altas temperaturas sin desnaturalizarse, haciendo que no se tuvieran que añadir nuevas enzimas por cada ciclo. En 1989 la revista Science nombró la Taq polimerasa la molécula del año.

El brillante futuro de la PCR

La PCR con el uso de la Taq polimerasa obtuvo su patente en 1990. Tres años después, en 1993, Kary Mullis recibió el Premio Nobel de Química por su descubrimiento.

La PCR no ha parado de evolucionar con el paso de los años, y se han desarrollado diferentes variantes. Por ejemplo, la PCR cuantitativa o Q-PCR utiliza una sustancia marcada con un fluoróforo, de manera que se pueda medir y cuantificar el progreso de la reacción. Otro tipo es la PCR con transcriptasa inversa o RT-PCR, que usa la enzima transcriptasa inversa para retrotranscribir una molécula de ARN en ADN. Es decir, se obtiene una molécula de ADN, denominada ADN complementario o ADNc, a partir de una molécula de ARN. Así, la PCR es capaz de amplificar esa nueva molécula de ADN obtenida.

La PCR se realiza en termocicladores, los cuales pueden programarse para realizar los diferentes ciclos de temperatura. Esos aparatos han evolucionado hasta el punto de que ha surgido la miniPCR, un dispositivo de menor tamaño, portátil y más barato. Ese dispositivo permite programar una PCR desde un ordenador o teléfono móvil en prácticamente cualquier lugar.

A pesar de haber cumplido 35 años, la PCR no ha pasado de moda, y sigue utilizándose en laboratorios de todo el mundo. Con toda probabilidad su concepto y usos seguirán evolucionando junto con el resto de la ciencia. Ahora que ya sabes su historia, puedes aprender más sobre la PCR, sus tipos y aplicaciones en este artículo.

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Jesús Arcedo

Biólogo amante de la vida bajo el microscopio. Desde pequeño con un libro y un ordenador en la mano, me encanta creer y compartir todo lo que sé.

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