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¿Cómo pillar a un patógeno in fraganti?

Una nueva aportación del Dr. Jorge Poveda Arias con Alexia Martínez Moya, alumna de 4º curso de Grado en Biología por la Universidad de Salamanca (Asignatura: Introducción a la Biotecnología Vegetal).

Muchas veces hemos visto en la televisión casos de intoxicaciones alimenticias o alimentos en mal estado que producen enfermedades en las personas. En estos reportajes suele decirse que se mandan estos alimentos al laboratorio para su análisis y en unos días tienen el nombre del hongo o bacteria que lo ha causado. Sin embargo, con la cantidad de especies que existen, ¿cómo lo identifican tan rápido?

Técnica PCR

Una de las técnicas de biología molecular más utilizada es la PCR (reacción en cadena de la polimerasa) que tiene como objetivo conseguir muchas copias de un mismo gen en poco tiempo. Pero antes, hay que revisar algunos conceptos de genética.

Para empezar, vamos a definir qué es un gen. Un gen es un fragmento de ADN que codifica por un producto funcional, por ejemplo una proteína. El ADN está formado por unas moléculas denominadas nucleótidos, concretamente cuatro: adenina (A), citosina (C), guanina (G) y timina (T). Estas se unen entre sí por pares (adenina con timina y citosina con guanina) y forman una doble cadena que se enrolla como una hélice.

La PCR se utiliza cuando queremos saber si hay o no un gen en una célula. La polimerasa es una molécula capaz de copiar una secuencia de ADN. Si el ADN fuese una hoja de papel, la polimerasa sería como una fotocopiadora capaz de hacer todas las copias que queramos.

Lo que se hace es separar las dos cadenas del ADN por calor para que la polimerasa pueda unirse a ellas. Sin embargo, hemos dicho que es como una fotocopiadora, pero para hacer fotocopias se necesita poner papel, una base para que la fotocopiadora haga su trabajo. De la misma forma, la polimerasa necesita una base para empezar a copiar, y esto es lo que llamamos oligonucleótidos. Aquí llega el punto clave de la PCR. Los oligonucleótidos son pequeños trozos de ADN que se pueden diseñar como quieras. Si diseñamos un oligonucleótido con la misma secuencia que nuestro gen, estos se van a unir únicamente a él, permitiendo que la polimerasa pueda copiar el resto de la secuencia. Ya funciona nuestra fotocopiadora.

Este proceso consta de tres pasos y tiene lugar en una máquina denominada termociclador.

  1. Se sube la temperatura a 92-95ºC para separar las dos cadenas, de forma que se pueden unir a los oligonucleótidos.
  2. Se baja la temperatura a 62ºC para permitir esa unión.
  3. La polimerasa se une y copia la secuencia de ADN.

Estos tres pasos son un ciclo que se repite varias veces para obtener múltiples copias. Como hemos comentado, el ADN tiene dos cadenas, por lo que el número de copias que vamos obteniendo aumenta de forma exponencial (2, 4, 8, 16…).

El siguiente paso es visualizar los resultados y para ello recurrimos a otra técnica denominada electroforesis en gel. Se trata de colocar cada muestra en un gel, una sustancia que tiene pequeños poros que dejan pasar o no las moléculas según su tamaño. Colocamos la muestra en un extremo del gel, y situamos éste entre dos polos eléctricos. El ADN tiene carga negativa, por lo que si lo colocamos entre dos polos, uno negativo y otro positivo, “correrá” hacia el polo positivo. Es una carrera molecular, a un lado nuestro ADN, al otro el polo positivo, y un gel poroso por el medio que tiene que atravesar.

Comienza la carrera de obstáculos: si nuestro gen es de gran tamaño tardará más en cruzar la red porque es más grande, mientras que si es más pequeño cruzará más fácilmente y llegará más lejos. Es lo que conocemos como peso molecular, cuanto mayor tamaño tenga el fragmento, más peso molecular. Esto queda reflejado en el gel en forma de bandas.

Cada organismo tiene unos genes específicos que permite identificarlos. Lo que se hace en estos laboratorios es utilizar oligonucleótidos de muchas especies distintas, de forma que cuando obtenemos bandas, significa que esos genes están presentes, y por lo tanto, podemos identificar al patógeno.

En resumen, la PCR es una técnica muy común que se utiliza para amplificar un fragmento de ADN de interés, lo que nos indica la presencia o ausencia de genes específicos y nos ayuda, por ejemplo, a identificar un patógeno que ha contaminado un alimento.

“El aleteo de una mariposa puede cambiar el mundo”

Referencias

Espinosa Asuar, Laura. (2007). Guía práctica sobre la técnica de PCR. En: L. E. Eguiarte, V. Souza y X. Aguirre (ed) Ecología molecular. INE, CONABIO y UNAM. Cap.17:517-540.

https://es.khanacademy.org/science/biology/biotech-dna-technology/dna-sequencing-pcr-electrophoresis/a/polymerase-chain-reaction-pcr

https://es.khanacademy.org/science/biology/biotech-dna-technology/dna-sequencing-pcr-electrophoresis/a/gel-electrophoresis

https://www.webconsultas.com/pruebas-medicas/como-se-hace-una-pcr