Reacción en cadena de la polimerasa

Qué es la reacción en cadena de la polimerasa

Para estudiar un gen, detectar un virus o comparar dos muestras de ADN hace falta partir de una cantidad de material que se pueda medir. En una muestra biológica real esa cantidad casi nunca existe: un virus aislado, unas pocas células descamadas, un resto de tejido conservado en parafina desde hace veinte años. La reacción en cadena de la polimerasa resuelve ese problema copiando, una y otra vez, un fragmento delimitado de ADN hasta multiplicarlo por millones.

La idea le llegó al bioquímico Kary Mullis en 1983, conduciendo de noche por la autopista de la costa de California camino de su cabaña en Mendocino. Trabajaba entonces en Cetus Corporation, una de las primeras empresas de biotecnología, donde sintetizaba cadenas cortas de ADN por encargo. La técnica, presentada en 1985, le valió el Premio Nobel de Química de 1993, compartido con Michael Smith. Cetus vendería más tarde la patente a Hoffmann-La Roche por 300 millones de dólares.

Detrás de todo el proceso está la polimerasa, la misma familia de enzimas que la célula emplea para duplicar su propio ADN antes de dividirse. La PCR toma prestado ese mecanismo natural y lo repite fuera de la célula, en un tubo de ensayo, cuantas veces haga falta.

Cómo funciona: tres fases que se repiten

Cada ciclo de PCR tiene tres pasos. En la desnaturalización, la muestra se calienta hasta unos 95 grados y las dos hebras del ADN, unidas normalmente por puentes de hidrógeno, se separan. En la hibridación, la temperatura baja hasta 50-65 grados y dos cebadores (fragmentos cortos de ADN sintético que delimitan el principio y el final de la región que se va a copiar) se unen a las hebras separadas. En la extensión, sube de nuevo hasta unos 72 grados y la polimerasa añade nucleótidos a partir de cada cebador, construyendo una hebra nueva complementaria.

Ese ciclo se repite entre 25 y 35 veces en un aparato llamado termociclador. Como cada copia sirve de molde para la siguiente vuelta, la cantidad de ADN se duplica en cada ciclo: dos copias se convierten en cuatro, luego en ocho, y así sucesivamente hasta los miles de millones.

Mullis se topó pronto con un problema práctico: la polimerasa se desnaturalizaba con el calor igual que el ADN, así que había que añadir enzima fresca en cada ciclo, a mano. La solución llegó con una polimerasa termoestable, la Taq polimerasa, aislada en 1976 de Thermus aquaticus, una bacteria que vive en aguas termales a temperaturas cercanas a la ebullición. Esa sola sustitución convirtió un proceso manual y lento en una reacción automatizable.

De la PCR original a sus variantes

No toda PCR parte de ADN. Muchos virus, como el de la gripe o el SARS-CoV-2, guardan su información genética en ARN, así que antes del primer ciclo hace falta convertirlo en ADN complementario mediante una enzima llamada transcriptasa inversa. Es la PCR con transcripción inversa, o RT-PCR.

La PCR cuantitativa en tiempo real (qPCR) añade una función más a la mezcla: mide la cantidad de ADN que se va generando en cada ciclo, en lugar de esperar al final. Un marcador fluorescente se une al producto amplificado, y su intensidad, registrada ciclo a ciclo, permite calcular cuánto material había al principio, algo que la PCR clásica no ofrece.

En la PCR digital, la muestra se reparte antes de amplificar en miles de compartimentos diminutos, cada uno con una sola molécula de partida o ninguna. Al final se cuentan los compartimentos positivos, lo que da una cifra absoluta sin necesidad de curvas de referencia.

Aplicaciones

En el laboratorio clínico, la PCR detecta material genético de virus y bacterias con una sensibilidad que ninguna prueba serológica iguala. También localiza mutaciones asociadas a enfermedades hereditarias y perfila tumores para orientar tratamientos dirigidos en oncología. En genética forense, amplifica el ADN residual de una muestra mínima, una gota de saliva o un folículo piloso, hasta obtener un perfil genético completo. Y en investigación básica es el paso previo casi obligado para clonar, secuenciar o estudiar la expresión de un gen concreto.

Un matiz importante: la PCR detecta material genético, no organismos vivos. Un resultado positivo para un virus puede reflejar fragmentos residuales de una infección ya resuelta, y no necesariamente enfermedad activa en ese momento. Esa distinción, discutida con detalle durante la pandemia de COVID-19, pertenece a cómo se interpreta la prueba, no a la técnica en sí.

Preguntas frecuentes

¿Por qué la PCR necesita cebadores?

Porque la polimerasa no puede empezar a construir una hebra de ADN desde cero: necesita un punto de partida con un extremo libre al que añadir nucleótidos. Los cebadores, cortos fragmentos de secuencia complementaria a los extremos del segmento buscado, proporcionan ese punto de arranque y, de paso, determinan qué región exacta del genoma se va a copiar.

¿Es lo mismo la PCR que la PCR en tiempo real?

No. La PCR convencional solo dice, al final del proceso, si hay o no hay producto amplificado. La PCR en tiempo real (qPCR) mide la cantidad de ADN en cada ciclo mediante fluorescencia, lo que permite cuantificar la carga viral o la expresión de un gen, no solo detectar su presencia.

¿De dónde viene el nombre de la Taq polimerasa?

De Thermus aquaticus, la bacteria de aguas termales de la que se aisló en 1976. Resiste intacta los 95 grados del paso de desnaturalización, algo que ninguna polimerasa humana soporta sin perder su forma.

¿Puede la PCR dar positivo aunque el paciente ya no esté enfermo?

Sí, y es uno de los aspectos que más confusión genera fuera del laboratorio. La técnica detecta fragmentos de material genético; no distingue por sí sola entre un patógeno infeccioso y uno ya inactivo. Por eso el resultado de una PCR se interpreta siempre junto con la clínica del paciente, nunca de forma aislada.

Referencias

1. Biblioteca Nacional de Medicina de Estados Unidos. Pruebas de PCR. MedlinePlus, prueba de laboratorio.
2. National Human Genome Research Institute (NHGRI), Institutos Nacionales de Salud de EE. UU. Reacción en cadena de la polimerasa (PCR).
3. The Nobel Prize in Chemistry 1993. Kary B. Mullis, Facts. NobelPrize.org.
4. Sociedad Española de Bioquímica y Biología Molecular (SEBBM). 35 años de la PCR, la técnica que revolucionó la biología molecular.