Hi ha una paraula que ha calat a la nostra vida en els últims mesos. Ens hem acostumat a sentir-la cada dia, a tot arreu. Noticiaris, diaris, revistes… ni els mitjans de comunicació, ni la política ni la medicina no l’han deixat escapar. Sí, t’estic parlant de la famosa PCR. Estic segur que l’has conegut de més a prop o més lluny, però t’han explicat alguna vegada què significa?
Sembla que l’ús massiu del nom d’aquesta tècnica l’hagi buidat de significat. Lluny d’això, la PCR és una tècnica experimental bàsica i molt fonamental en la ciència actual. Per això, avui esbrinarem per què aquesta paraula ha conquerit el món.
PCR són les sigles de Polymerase Chain Reaction
Reacció en Cadena de la Polimerasa és un nom prou descriptiu si ens parem a pensar. La polimerasa és un enzim. Els enzims són proteïnes, i podríem dir que són les màquines que acceleren les reaccions químiques que tenen lloc a les cèl·lules. És a dir, són els motors que fan funcionar totes les cèl·lules.
De polimerases n’hi ha de diversos tipus, però totes s’encarreguen de la síntesi del material genètic: DNA i RNA. Si recordem que el DNA és una doble hèlix, la DNA-polimerasa fabrica la cadena complementària de cada bri, produint així dues dobles cadenes de DNA filles idèntiques a la mare. Vénen a ser les fotocopiadores dels plànols de la cèl·lula.
La DNA i RNA polimerases van ser descobertes pel científic espanyol Severo Ochoa. Això li va valer el Premi Nobel de Medicina o Fisiologia el 1959.
Sabent què fa la polimerasa, podem intuir que una reacció en cadena consistiria a fer-la reaccionar repetidament a partir d’una mostra de material genètic.
La PCR respon a una necessitat
Així doncs, la DNA-polimerasa permet la replicació del DNA – i així, la divisió cel·lular – i l’RNA-polimerasa permet fabricar RNA a partir de DNA. Aquest segon procés es coneix com transcripció. I com podem aprofitar tot això?
Hi ha un problema que sorgeix quan es volen fer experiments amb material genètic: les quantitats són molt petites. Tot i que en una cèl·lula hi ha molt DNA, a la pràctica són quantitats extremadament baixes per tal de poder fer els experiments que calgui. És clar, si amb una sola cèl·lula no n’hi ha prou, es pot extreure material genètic de teixits o organismes sencers. Això, però, suposa una gran despesa de temps i de recursos.
L’any 1985, el bioquímic estatunidenc Kary Mullis va desenvolupar la PCR, una tècnica que solucionaria aquests mals de cap. Això també li va fer guanyar el Premi Nobel de Química el 1993.
Partint d’una minúscula mostra podem obtenir milers de còpies
Mullis va descobrir que aprofitant la funció de la polimerasa podríem obtenir tantes còpies com vulguem a partir d’una sola molècula de DNA. Creà un sistema que simula cicles de temperatura i certes condicions cel·lulars. D’aquesta manera es mantenen el DNA i la polimerasa fora de la cèl·lula. Així, la reacció de la polimerasa es pot fer en tubs tantes vegades com es vulgui.
En resum, la PCR aprofita la polimerasa per augmentar exponencialment el nombre de còpies del fragment de DNA que es desitgi. És a dir, amplifica la mostra. En la PCR, milers de fotocopiadores usen les còpies que es van produint per crear-ne més. I tot a partir d’una sola fitxa!
La polimerasa necessita ajuda
Per tal d’amplificar una cadena de DNA, primer de tot es necessiten els blocs fonamentals del material genètic – els nucleòtids -. La polimerasa els agafa i els va afegint per construir la cadena complementària, i així formar una doble cadena de DNA igual a la inicial.
A més, perquè la polimerasa pugui funcionar, es requereix una seqüència de DNA curta i complementària a aquella que es vol copiar: un encebador (primer en anglès). És a partir d’aquest que la polimerasa comença a sintetitzar la cadena de DNA usant els nucleòtids. En el fons l’encebador és una bastida inicial. És com si volent copiar un text, la fotocopiadora necessités una frase a partir de la qual començar a copiar.
L’especificitat depèn de l’encebador
L’encebador és un element molt important, ja que d’ell depèn l’especificitat de la PCR. Coneixent la seqüència de DNA que es vol amplificar, l’encebador serà una seqüència que la complementi específicament. Al cap i a la fi, és possible que es pugui confondre amb una altra regió de la seqüència que no interessa. És per això que s’escull bé la llargada i posició del mateix.
Per entendre-ho millor, és com si jo et donés un llibre sense portada, títol, autor ni edició. Sense obrir-lo, hauries de comprovar quin llibre és dient-me una frase que pugui contenir. Jo, amb la frase, podria continuar el paràgraf. Imagina’t ara que vols comprovar si és el Quixote i em dius: “En un lugar”. És clar, hi ha molts llibres que podrien contenir aquesta frase. Per tant, el paràgraf que jo pugui continuar no t’estaria confirmant si és el Quixot, ja que podria ser un altre llibre. En canvi, si tu em dius: “En un lugar de la Mancha, de cuyo nombre no quiero acordarme”, jo podria continuar: “no ha mucho tiempo vivía un hidalgo de los de lanza en astillero…”. Si jo et recito aquest paràgraf a partir de la teva frase, pots estar bastant segur que el llibre que guardava era el Quixot, oi?
Així doncs, els encebadors han de ser seqüències específiques que no puguin trobar-se enlloc més que en la regió que es vol amplificar. Dit d’una altra manera, la bastida inicial no és aleatòria, sinó que té una adreça. De la mateixa manera, també cal assegurar-se que la mateixa seqüència que s’amplifica és de l’organisme – o espècie – que nosaltres estudiem.
És veritat que en totes les espècies hi ha seqüències de DNA en comú. De fet, hi ha espècies extremadament similars, que es diferencien en l’1%. Per fer una PCR que pretengui detectar una espècie, cal amplificar regions que siguin exclusives o prou diferents de les altres. Aquestes es troben a través de comparacions de seqüències, amb eines informàtiques.
De què serveix una PCR?
Amb els anys, el procés per fer una PCR s’ha optimitzat i automatitzat. Això ha provocat que no només sigui més fàcil de portar a terme, sinó més ràpid, econòmic i eficient. El veritable potencial de la PCR sorgeix quan anem més enllà de l’amplificació, és a dir, què fem amb el material amplificat.
A més, existeixen diversos tipus de PCR que permeten optimitzar la tècnica per certes aplicacions. Alguns usos pràctics de la PCR són:
- Anàlisi forense – identificació de persones –
- Test de paternitat
- Detecció de malalties genètiques
- Comparació de l’expressió de diversos gens
- Enginyeria genètica: clonació de gens, mutagènesi, etc.
- Anàlisi de DNA en jaciments arqueològics
- Diagnòstic de malalties infeccioses – com la COVID-19 –
La gran protagonista: la COVID-19
Com hem dit, la PCR pot servir per detectar agents infecciosos en un organisme. És molt específica i molt sensible, ja que es pot detectar un patogen concret a partir de quantitats ínfimes. És per això que també pot servir per detectar estadis inicials de la infecció.
En conjunt, això ha provocat que la PCR sigui una eina perfecta per poder detectar casos de COVID-19 amb una fiabilitat i rapidesa molt útils en la lluita contra la pandèmia.
Com es fa?
La PCR es fa a partir de mostres obtingudes dels pacients. Normalment s’obtenen del tracte respiratori superior, però també es pot a partir del tracte inferior. És així com sorgeix la incòmoda prova.
Un cop extretes les mostres, interessa obtenir el material genètic del virus (si hi és). El coronavirus SARS-CoV-2 és un retrovirus, i això significa que la seva informació es troba en forma de RNA, no DNA. En qualsevol cas, a través de la PCR es transforma l’RNA en DNA per tal de poder-lo amplificar (retrotranscripció).
Aquí arriba un punt clau. Com s’ha esmentat abans, la polimerasa necessita encebadors – la bastida inicial – per tal d’amplificar el DNA d’interès. Si es vol comprovar la presència (o no) del coronavirus SARS-CoV-2, s’ha d’amplificar el seu material genètic. Així doncs, s’usen encebadors específics per a la seqüència del virus. Si el virus hi és, els encebadors s’uniran al material genètic extret i la polimerasa podrà amplificar. Si no, no.
Les seqüències són específiques del coronavirus SARS-CoV-2
El genoma del coronavirus SARS-CoV-2 es va seqüenciar i publicar el gener de 2020. Sí, tu també la pots mirar a la base de dades NCBI! A partir d’aquesta, i comparant amb genomes d’altres virus i coronavirus, es van trobar regions prou exclusives del SARS-CoV-2. Usant encebadors d’aquelles regions, la polimerasa només amplificaria exclusivament davant la presència de SARS-CoV-2. Així és com podem estar segurs que detectem el SARS-CoV-2, i no altres virus.
La PCR ha sortit positiva?
Llavors, per què dona positiu una PCR pel coronavirus? Bé, descartant situacions excepcionals o errònies, indica que hi ha material genètic del SARS-CoV-2 en les mostres obtingudes. Encara que sigui positiu, podria ser que no hi hagués símptomes ni malaltia, simplement ens informa de la seva presència.
Hi ha alguns fets que reforcen l’eficàcia i fiabilitat de la PCR en la detecció. El tipus de PCR emprada normalment és l’anomenada real time PCR. Aquesta PCR ens informa en directe del nombre de còpies que s’estan produint. Només es considera que hi hagut amplificació específica si el senyal supera un cert llindar. A més a més, s’amplifiquen dues regions del material genètic del virus i només es considera positiu si les dues han estat amplificades. Les altres situacions podrien indicar contaminacions, errors o la presència d’altres virus que no són el SARS-CoV-2.
Ja per acabar…
Les PCR han sigut molt útils per tal de poder confirmar o descartar la presència del coronavirus en una persona. Malauradament, tots els experiments que impliquin material genètic són propensos a errors, per la fàcil contaminació i fragilitat del DNA i RNA. Això ha portat al sorgiment dels coneguts falsos positius i negatius. Aquests poden bé ser per contaminacions de les mostres, mutacions del virus, mala qualitat dels kits de detecció i dels encebadors, etc. Alguns d’aquests fets han donat ales a moviments negacionistes que neguen l’eficàcia i especificitat de la PCR sense cap tipus de fonament. Més que mai, és necessari informar-se críticament.
Per saber-ne més
Genotipia – PCR: qué es y qué aplicaciones tiene
AcsNano – Diagnosing COVID-19: The Disease and Tools for Detection
Gaceta Médica – ¿Cómo funcionan y en qué se diferencian las PCR y los test rápidos de coronavirus?
