Un relato de Acción de Gracias sobre la amplificación del ADN

Artículo y traducción de Elena Blanco-Suárez

Un relato de Acción de Gracias sobre la amplificación del ADN

Existen muchas cosas por las que me siento agradecida y estoy segura de que para la mayoría de nosotros estas razones para sentir gratitud son las mismas –familia, amigos, salud. Pero también hay otra serie de razones que hacen nuestras vidas mucho más fáciles y llevaderas. Por nombrar algunos ejemplos: la dirección asistida, los hornos microondas, GPS, auriculares aislantes de ruido, etc.

Cada pequeño descubrimiento es importante. Especialmente en la ciencia. Quizás es difícil de predecir su relevancia ahora mismo, pero podría representar un descubrimiento crucial a la hora de desarrollar en el futuro una nueva técnica o tratamiento. En un laboratorio de neurobiología molecular nos dedicamos a abordar preguntas fundamentales sobre el desarrollo neuronal utilizando técnicas en bioquímica y biología molecular. Somos los que nos pringamos para descubrir las funciones de las proteínas en nuestros organismos. La ciencia ha evolucionado en gran medida en estos últimos años y muchos descubrimientos e inventos han hecho nuestras vidas de científicos más fáciles. Y por esto, también me siento agradecida. Por ejemplo, estoy segura de que todo biólogo molecular en la Tierra estará igualmente agradecido por la invención de la PCR (Reacción en Cadena de la Polimerasa, Polymerase Chain Reaction en sus siglas en inglés). Gracias a la PCR los test de paternidad, las detecciones de mutaciones de ADN, la secuenciación del ADN, los clonajes y otras aplicaciones (tanto médicas como forenses y en investigación) son posibles.

El invento de la PCR es también una de mis historias favoritas sobre colaboración en el mundo de la ciencia (a pesar de que dicha colaboración fuera más bien indirecta y no intencionada). Desafortunadamente, en ocasiones ocurre que no todos los implicados en el desarrollo de una gran idea reciben el reconocimiento que se merecen. Por lo tanto, quiero que este post represente un pequeño tributo y un gran agradecimiento a aquellos cuyo trabajo pasa desapercibido.

En 1969, Thomas Dale Brock y Hudson Freeze (que por aquel entonces era estudiante universitario y hoy en día es profesor en la Universidad de California San Diego) se hallaban trabajando en el Parque Nacional de Yellowstone, recogiendo muestras bacterianas de los geiseres. Hasta aquel  momento, la comunidad científica creía que las bacterias eran incapaces de sobrevivir por encima de los 55°C (131°F). Sin embargo, Brock y Freeze consiguieron aislar bacterias de esas muestras, refutando lo que se creía hasta entonces cierto. Bautizaron a la bacteria como Thermus aquaticus, una nueva especie bacteriana capaz de sobrevivir a temperaturas de hasta 80°C (176°F). Quizás no suene como un descubrimiento demasiado emocionante a no ser que seas microbiólogo. Pero ya verás…

Catorce años después en 1983, Kary Banks Mullis, biólogo molecular, químico y aficionado al surf, inventó la PCR. Esta consiste en una serie de reacciones químicas que permiten la replicación de ADN partiendo de una muestra demasiado pequeña como para poder llevar a cabo ningún experimento con ella. De esta manera, por ejemplo, imagina que quieres tejer una bufanda pero solamente dispones de una hebra de 30 centímetros. Con la PCR esa hebra podría ser replicada para generar todos los ovillos de lana que necesitases. Hoy en día, la PCR es básica para un biólogo molecular en cualquier campo. La PCR fue originalmente concebida por Kjell Kleppe, alguno años antes que Mullis, en 1977. Kleppe mencionó su idea en un artículo donde sugería que el uso de dos primers (pequeños fragmentos de ADN) permitiría la replicación y amplificación de un fragmento de ADN de interés  [1]. Sin embargo, fue Mullis quien desarrolló la idea y la mejoró, razón por la cual ganó el premio Nobel de Química en 1993. Mullis explica en detalle cómo se le ocurrió la idea de la PCR en su libro “Dancing Naked in the Mind Field”, una lectura llena de ideas interesantes (entiéndase por “interesante” peculiares y posiblemente controvertidas) que no deben tomarse a la ligera. En diversas ocasiones declaró que la epifanía de la PCR ocurrió gracias al uso de drogas psicodélicas, tales como el LSD.

kary

Kary Banks Mullis

“Mi pequeño Honda nos llevaba a través de las montañas. Mis manos podían sentir la carretera y las curvas. Mi mente estaba de vuelta en el laboratorio. Cadenas de ADN se enrollaban y flotaban. Moléculas eléctricas de azul y rosa estridente se inyectaban en algún punto entre la carretera y mis ojos. Veía las luces en los árboles, pero la mayoría de mí mismo está viendo algo más desenrollarse. Estoy dedicado a mi pasatiempo favorito.

¿Qué sutil perspicacia seré capaz de idear esta noche para leer la secuencia de la Reina de las moléculas? (…) Sí, el ADN es la más importante. Esta noche jugaré con fuego y brillará tanto como Antares, descendido tras estas fragrantes montañas tan solo hace unas horas.”

Extracto del libro “Dancing Naked in the Mind Field” de Kary Mullis.

Sin embargo, la PCR de Mullis presentaba un problema. La técnica necesitaba una enzima (una proteína que incrementa la eficiencia y velocidad a la que ocurren las reacciones químicas) que, por desgracia, se degradaba rápidamente a las temperaturas en las que las reacciones tenían que ocurrir. Este problema obligaba al científico a reponer la enzima en cada nuevo ciclo de replicación de ADN, convirtiendo la PCR en algo no tan eficiente y bastante molesto para el científico.

¿Cómo se consiguió salvar este inconveniente?

Otro tipo bastante inteligente, Randall Saiki, tuvo la brillante idea de aislar la enzima de Thermus aquaticus, la bacteria que Brock y Freeze habían encontrado, y llamarla Taq polimerasa. Consiguió aplicarla a la PCR con éxito, automatizando la técnica completamente y, lo que es más importante, proveyendo un procedimiento útil y rentable y ahorrándonos tiempo en el laboratorio.

Pero debo insistir en que solo Kary Mullis Banks recibió el Premio Nobel por la PCR (compartido con Michael Smith, pero no con ningún otro de los colaboradores  que contribuyeron al desarrollo final de la PCR).

Tras este breve resumen sobre la PCR, puede que creáis que, aunque interesante, esto no tiene ninguna utilidad en vuestras vidas diarias. Pues bien, me temo que os equivocáis. Estoy segura de que habréis visto docenas de películas y series en las que la policía aparece en la escena del crimen para recoger muestras de ADN. Suena como si dichas escenas del crimen estuvieran rebosando ADN, pero normalmente este no es el caso. De hecho, raramente es posible conseguir suficiente ADN de la escena de un crimen como para analizarla y conseguir resultados concluyentes. Las muestras de ADN recogidas en crímenes anteriores a 1990 no podían ser amplificadas pero gracias a la accidental colaboración entre Brock, Freeze, Mullis y Saikis que llevó a la PCR, las muestras de ADN se volvieron mucho más útiles en cuanto a la resolución de crímenes se refiere. Cualquiera que sea la cantidad de ADN, la PCR puede producir suficientes copias para analizar y comparar, por ejemplo, con el ADN del sospechoso. Gracias a esto, muchos inocentes que estaban en el lugar y momento equivocados han evitado ser acusados de delitos que no cometieron. También, gracias a la PCR podemos realizar test de paternidad o determinar si el VPH (virus del papiloma humano) del paciente es del  tipo oncogénico.

CSI

Recogiendo ADN de la escena del crimen

En resumen, si Brock y Freeze no hubieran descubierto Thermus aquaticus, Saikis no hubiera podido utilizar la enzima de la bacteria para mejorar la idea de Mullis/Kleppe y hacer de la PCR una técnica súper eficiente y rentable, adoptada por prácticamente todos los laboratorios del mundo. Y hoy yo no estaría agradeciendo este maravilloso y casual trabajo en equipo que llevó a inventar la PCR.

Referencia

[1] Kleppe K, Ohtsuka E, Kleppe R, Molineux I, Khorana HG “Studies on polynucleotides. XCVI. Repair replications of short synthetic DNA’s as catalyzed by DNA polymerases.” J. Molec. Biol. vol. 56, pp. 341–61 (1971).

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Elena Blanco-Suarez es una postdoc en el laboratorio de neurobiología molecular de Nicola Allen en el Salk Institute. Estudia factores secretados por astrocitos implicados en la formación de sinapsis, así como sus mecanismos de secreción y regulación. También colabora en programas de Educación para la Ciencia del Salk Institute y del Museo de Ciencias Reuben H. Fleet de San Diego.

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