La historia de la PCR, mucho más que una simple prueba para detectar coronavirus

En apenas cinco meses, la pandemia ocasionada por el coronavirus SARS-CoV-2 ha provocado que un término desconocido y exclusivo de la jerga científica, la prueba de PCR, haya pasado a ser un vocablo de uso corriente en las conversaciones populares.

Sin embargo, la mayoría de las personas desconocen que detrás de estas siglas subyace una apasionante y sinuosa historia que a lo largo de medio siglo ha enlazado a un físico austriaco con un inquieto joven estadounidense y a una bacteria del parque de Yellowstone con un fogonazo mental en la autopista estatal 128 de California.

La aventura comenzó en 1944, cuando el físico y filósofo austriaco Erwin Schrödinger, recordado por el experimento mental del gato de Schrödinger que plantea las paradojas de la física cuántica, fue estimulado por el gran fisiólogo alemán Max Delbrück para escribir un pequeño libro titulado ¿Qué es la vida? El aspecto físico de la célula viva en el que plasmaba la idea de que una molécula atípica debía contener información genética configurada en sus enlaces químicos.

Ese mismo año, Oswald Avery tras realizar un imponente experimento bacteriano, apuntó que la perseguida molécula responsable de la herencia era el ADN. Nueve años después, los célebres Watson y Crick describieron la estructura de la molécula, la famosa doble hélice del ADN.

El ADN estaba lanzado al estrellato. No obstante, los científicos apuntaban pegas, como que las enzimas encargadas de la replicación del ADN funcionaban a temperaturas moderadas. Esta contrariedad insinuaba que no era posible el desarrollo de la vida a temperaturas superiores a los 60ºC.

Por sorpresa, esta apreciación cambió cuando en 1969, el microbiólogo estadounidense Thomas Brock descubrió la existencia de bacterias hipertermófilas capaces de sobrevivir a más de 80ºC en las áreas geotermales del Parque Nacional de Yellowstone, el hogar de los osos animados Yogui y Bubu. Los geiseres de Yellowstone bullían de vida microscópica.

Brock consiguió aislar una bacteria que llamó Thermus aquaticus y que poseía una enzima termo resistente con la que replicaba su ADN a temperaturas altísimas. Esta particularidad abrió la puerta a la posibilidad de amplificar segmentos de ADN de forma artificial rutinaria.

En aquella época, la ciencia estaba en plena ebullición y los jóvenes doctorandos como el estadounidense Kary Mullis estaban dispuestos a comerse el mundo a cucharadas. Mullis era una persona inquieta y proactiva que desde niño sintió interés por la ciencia. De hecho, en la adolescencia, junto a su amigo Al Montgomery, construyó un laboratorio de síntesis orgánica en una antigua casa de pollos. Fue una edad de oro en la que Mullis aprendió mucha química orgánica.

Al finalizar la etapa estudiantil en Georgia Tech, Kary Mullis ingresó en la escuela de posgrado de la Universidad de California en Berkeley para estudiar bioquímica. En ese momento el código genético ya estaba resuelto y el ADN no interesaba a Mullis que soñaba con convertirse en neuroquímico y más tarde en escritor. Por fortuna, los planes de Mullis no salieron según lo planeado y terminó trabajando en una escuela de medicina junto a dos cardiólogos pediátricos y un patólogo. Allí, por primera vez aprendió biología humana. Pasado un tiempo regresó a Berkeley y consiguió un trabajo en un restaurante.

Después del restaurante fichó por la Universidad de California en San Francisco para trabajar con cerebros de ratas. Allí coincidió con Max Delbrück, el mismo que espoleó a Erwin Schrödinger, y asistió a algunos seminarios sobre biología molecular. Uno de ellos impresionó a Mullis y por primera vez cayó en la cuenta de que piezas significativas de ADN podían ser sintetizadas químicamente. Desde ese momento Mullis estudió a diario la síntesis de ADN y buscó un trabajo relacionado con el arte de hacer moléculas de ADN.

En otoño de 1979 la compañía californiana Cetus Corporation contrató a Mullis y allí empezó jugar con oligonucleótidos, los ladrillos que permiten construir el ADN. Así transcurrieron meses, hasta que un viernes por la noche, mientras Mullis conducía desde Berkeley a una cabaña que poseía en Mendocino, comenzó a configurar la idea de intentar unir oligonucleótidos hasta obtener un filamento extenso de ADN. De repente, tras un rato elucubrando Mullis paró el automóvil en la milla 46,7 de la autopista 128. Había encontrado la solución. Cogió papel y bolígrafo de la guantera y apuntó la concepción. ¿Funcionaría?

El lunes por la mañana revolvió la biblioteca en busca de artículos que citasen el proceso que había imaginado y durante toda la semana habló con biólogos moleculares que reconocieron desconocer el sistema de amplificación de ADN que describía Mullis. Nadie recordaba que tal proceso hubiera sido probado, pero tampoco nadie mostró especial interés o entusiasmo por el potencial de la técnica. En realidad, cada paso involucrado en el proceso ya se había dado, así que coincidieron en que era realizable.

Tras muchos meses de experimentos y anhelos, por fin Mullis obtuvo resultados positivos, consiguiendo desarrollar una técnica de biología molecular que permitía obtener millones de copias de ADN a partir de una única copia original de material genético. Aquello supuso una revolución científica y el proceso fue denominado Reacción en Cadena de la Polimerasa, la popular PCR.

Sin embargo, el rendimiento era poco eficiente. Mullis pensó cual podría ser la solución y encontró una excepcional, emplear polimerasas termoestables para copiar el ADN. La polimerasa termoestable utilizada es denominada Taq polimerasa y proviene de la bacteria Thermus aquaticus que Brock descubrió en Yellowstone, de ahí que el nombre de la polimerasa (Taq) provenga de las siglas del nombre de la bacteria (Thermus aquaticus).

En 1989, el proceso de PCR y la enzima ADN polimerasa fueron nombrados por la revista Science porque existía gran probabilidad de que tuvieran una influencia mayúscula en la historia.

No les faltó razón porque la PCR revolucionó la ciencia y permitió un gigantesco avance del conocimiento. En la actualidad, la PCR ha cobrado especial interés popular por ser una prueba de detección de enfermedades infecciosas y más en concreto del coronavirus SARS-CoV-2 que causa la COVID-19.

Pero la PCR es mucho más que eso, es una herramienta excepcional que es utilizada en el diagnóstico de enfermedades hereditarias, detección de infecciones, diagnóstico genético y clínico, análisis prenatal, secuenciación del genoma humano y de otros organismos celulares y virus, terapias personalizadas contra el cáncer, biotecnología agrícola, tipificado de tejidos para trasplante de órganos, genotipado de cultivos vegetales, análisis paleontológicos y antropológicos, pruebas de paternidad, análisis forenses, pruebas de criminalística, detección de fraude alimentario y otras muchas aplicaciones.

El desarrollo científico se escribe despacio, con ahínco, dedicación, entusiasmo y determinación, permitiendo conectar acontecimientos y personajes que a priori no tienen conexión. En 1933 Erwin Schrödinger recibió el premio Nobel de Física y sesenta años después, Kary Mullis fue galardonado con el Premio Nobel de Química. Tan brillante como excéntrico -negaba el sida y el cambio climático- murió de neumonía en agosto de 2019.

Raúl Rivas es profesor de Microbiología en la Universidad de Salamanca y autor de Raúl RivasEl asesino que envenenó a Napoleón y otras historias de la Microbiología