Así funciona una PCR, la técnica revolucionaria de los años 80 que ha marcado el pulso a la pandemia

PCR

Dos años después del estallido de la pandemia en España se han realizado más de 45 millones de PCR. Se trata de una cifra sin precedentes para esta técnica de laboratorio que ha sido crucial tras la aparición del coronavirus. Sin embargo, esta prueba no es nueva. Al revés, lleva usándose más de 30 años y en los últimos 20 se ha convertido en una técnica básica en los laboratorios de microbiología. “Mucho antes de la COVID-19 había métodos comerciales de PCR frente a diversos virus. La puesta a punto para el SARS-CoV-2 ha sido la habitual para cualquier kit de diagnóstico basado en PCR”, explica Juan Echevarría, investigador del Centro Nacional de Microbiología del Instituto de Salud Carlos III.

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En total en España se han realizado a día de hoy más de 77,6 millones de pruebas diagnósticas entre PCR y antígenos. El último dato disgregado que aportó el Ministerio de Sanidad es del mes de noviembre, momento en el que se habían realizado 62,2 millones de pruebas diagnósticas, 44 millones de PCR y 18,2 test de antígenos. En ese mes se estaban realizando unas 300.000 pruebas PCR semanales. No ha sido casualidad que en tan poco tiempo se hayan podido hacer tal cantidad de ensayos PCR para la nueva infección, indica Echevarría. En todos los hospitales de España ya existían los instrumentos necesarios para realizarlas.

Estrella conoce bien la historia que hay detrás de los kit de diagnóstico para el SARS-CoV-2. En marzo de 2020, esta biotecnóloga trabajaba en un laboratorio privado que centró todos sus esfuerzos en desarrollar el test lo más rápido posible. “Los desarrollos normales de una empresa, desde que se identifica una necesidad hasta que se lanza un kit diagnóstico al mercado pueden ser de más de seis meses. Aquí tardamos un mes y además para algo para lo que todavía no se tenía mucha información”, relata.

En todo el proceso se utilizan unos reactivos que en marzo de 2020 eran muy escasos. “Este fue uno de los problemas. Cuando se produjo la pandemia había muy pocas empresas en España con capacidad para producir reactivos. Teníamos dependencia absoluta del exterior”, dice Echevarría. Con los reactivos sucedió lo mismo que con las mascarillas o los respiradores. A raíz de la pandemia, ahora hay más empresas “capaces de producirlos”. “Cuando la pandemia pase, debe ser un objetivo estratégico mantener esa capacidad de producir reactivos”, añade el virólogo.

La PCR es una técnica de la biología molecular desarrollada en 1986 por Kary Mullis, un bioquímico estadounidense que ganó el Nobel de Química –compartido con Michael Smith– por la reacción en cadena de la polimerasa (PCR). La prueba consiste esencialmente en amplificar un fragmento del material genético de la muestra del paciente para saber si tiene o no material genético del virus SARS-CoV-2. Se replica hasta que se logra la cantidad suficiente para analizarlo y para que el resultado sea fiable. Es una fotografía instantánea en un momento determinado que permite ver si una persona tiene en ese momento la infección.

La prueba PCR a tiempo real, paso a paso

1

Obtener la muestra clínica

El personal sanitario introduce

un hisopo por la vía nasofaríngea

u orofaríngea del paciente y

toma la muestra. El hisopo se

inserta en un tubo identificado

con un código. En el interior, el

tubo tiene un líquido que

estabiliza la muestra y la

conserva.

2

Se inactiva la muestra

Los científicos anulan la

capacidad contagiosa del virus

AIRE POTENCIALMENTE CONTAMINADO

añadiendo otro líquido. El

material genético permanece. El

proceso se realiza en el interior

de una cabina de flujo laminar,

un dispositivo que conduce el

aire a través de varios filtros para

evitar la contaminación de la

muestra.

3

Se extrae el material genético

CÉLULA

de la muestra

NÚCLEO

La muestra contiene células del

individuo (con sus proteínas,

ADN y ARN), así como ARN y

proteínas virales (si la persona

está infectada). Este es un

proceso muy automatizado que

se realiza con equipos de

PROTEÍNAS

laboratorio.

MATERIAL GENÉTICO

(CADENAS DE ARN, ADN

Y

ARN VIRAL)

4

Amplificación

El ARN viral de la muestra se convierte, mediante un proceso llamado retrotranscripción,

en cadenas de ADN complementario, que es la forma que ha de tener el material genético

para que se produzca la amplificación en que se basa la PCR propiamente dicha. Esa

amplificación, realizada por una enzima llamada ADN polimerasa, produce millones de

copias del material genético del virus.

AMPLIFICACIÓN

RETROTRANSCRIPCIÓN

Señal de fluorescencia en la parte alta de la curva

PCR POSITIVA

5

Identificación

Al final del proceso, que se lleva

a cabo con un termociclador, se

genera una gráfica en un

ordenador que muestra o no la

presencia del virus y en qué

cantidad. Es algo así como una

fotografía a tiempo real de una

muestra en ese momento.

Señal de fluorescencia en la base de la gráfica

PCR NEGATIVA

Fuentes: CSIC, INSTITUTO DE SALUD CARLOS III

La prueba PCR a tiempo real, paso a paso

1

Obtener la muestra clínica

El personal sanitario introduce un hisopo

por la vía nasofaríngea u orofaríngea del

paciente y toma la muestra. El hisopo se

inserta en un tubo identificado con un

código. En el interior, el tubo tiene un

líquido que estabiliza la muestra y la

conserva.

2

Se inactiva la muestra

Los científicos anulan la capacidad contagiosa del

virus añadiendo otro líquido. El material genético

permanece. El proceso se realiza

en el interior de una cabina

de flujo laminar, un

dispositivo que conduce el

aire a través de varios

filtros para evitar la

contaminación de la

muestra.

AIRE POTENCIALMENTE

CONTAMINADO

3

Se extrae el material genético de la muestra

La muestra contiene células del individuo (con sus

proteínas, ADN y ARN), así como ARN y proteínas

virales (si la persona está infectada). Este es un

proceso muy automatizado que se realiza con equipos

de laboratorio.

CÉLULA

NÚCLEO

PROTEÍNA

MATERIAL GENÉTICO

(CADENAS DE ARN,

ADN Y

ARN VIRAL)

4

Amplificación

El ARN viral de la muestra se convierte, mediante un

proceso llamado retrotranscripción, en cadenas de

ADN complementario, que es la forma que ha de tener

el material genético para que se produzca la

amplificación en que se basa la PCR propiamente

dicha. Esa amplificación, realizada por una enzima

llamada ADN polimerasa, produce millones de copias

del material genético del virus.

AMPLIFICACIÓN

RETROTRANSCRIPCIÓN

5

Identificación

Al final del proceso, que se lleva a cabo con un

termociclador, se genera una gráfica en un ordenador

que muestra o no la presencia del virus y en qué

cantidad. Es algo así como una fotografía a tiempo

real de una muestra en ese momento.

Señal de fluorescencia

en la parte alta de la curva

PCR POSITIVA

Señal de fluorescencia

en la base de la gráfica

PCR NEGATIVA

Fuentes: CSIC, INSTITUTO DE SALUD CARLOS III

¿Cómo se hace una PCR para detectar SARS-CoV-2?

Lo primero que hay hacer es obtener la muestra clínica. Para ello, el personal sanitario introduce un hisopo por la vía nasofaríngea u orofaríngea del paciente y toma la muestra. El hisopo se inserta en un tubo que está identificado con un código. En el interior, el tubo tiene un líquido que estabiliza la muestra y la conserva.

Lo siguiente que hay que hacer es inactivar la muestra. Los científicos anulan la capacidad contagiosa del virus añadiendo otro líquido, pero el material genético permanece. Tras esto, se extrae el material genético de la muestra. La muestra contiene células del individuo (con sus proteínas, ADN y ARN), así como ARN y proteínas virales (si la persona está infectada). Este es un proceso muy automatizado que se realiza con equipos de laboratorio. Mediante la retrotranscripción, el ARN viral de la muestra se convierte en cadenas de ADN complementario de doble cadena, que es la forma que debe tener el material genético para poder hacer la PCR.

Así se llega a la amplificación. Cuando ya se tiene el extracto del material genético se realiza la técnica PCR propiamente dicha. A la muestra se le añaden unos reactivos junto con una enzima que, mediante ciclos de cambios de temperatura, realiza millones de copias del material genético del virus. Al final del proceso, que se lleva a cabo con un termociclador, se genera una gráfica en un ordenador que muestra o no la presencia del virus y en qué cantidad. Es algo así como una fotografía a tiempo real de una muestra en ese momento.

Fraudes alimentarios o identificar una alfombra persa

Pero las PCR no se utilizan solamente para detectar enfermedades infecciosas. También se utiliza en criminología, en estudios paleontológicos o para detectar fraudes alimentarios. “En criminología se utiliza cuando se quiere saber a quién corresponde un resto biológico”, ejemplifica Echevarría. Se amplifica por PCR para luego poder secuenciar. Finalmente, se compara en una base de datos“.

Si hay dudas, también se puede utilizar para saber si ciertos productos dirigidos al consumo “son de determinada especie” o no lo son. “Cosas variopintas. Si se nos dice que una alfombra es persa, se puede saber amplificando el genoma del animal del que se ha obtenido la lana”. Las PCR funcionan con muestras antiguas. De hecho, “eso es lo que ha permitido por ejemplo tener el genoma del neandertal”, apunta el virólogo. Aunque pasen miles de años, si las condiciones de conservación son buenas es posible amplificar el ADN con una pequeña muestra.

El papel de los científicos

“Fue un tiempo muy agobiante, pero pocas veces en mi vida he estado tan motivada como cuando trabajé en esto”, recuerda Estrella. “Todo científico persigue que lo que está investigando dé sus frutos y me motivaba muchísimo saber que estábamos haciendo algo que iba a dar servicio a la sociedad. Los hospitales necesitaban PCRs”.

Echevarría reconoce que el papel de los científicos en los laboratorios se ha visto “potenciado” con la pandemia. Considera que son trabajadores que están “entre bambalinas”, pero que hacen “que las cosas funcionen”. “Hemos hecho más de un ensayo de laboratorio para el mismo agente por habitante. Los números no son comparables con nada. Estamos en otra magnitud completamente distinta en cuanto a número de ensayos PCR”.

Los datos “no tienen precedentes”, insiste el investigador, que añade que en este tiempo se han logrado secuenciar cinco millones de genomas completos de SARS-CoV-2 en todo el mundo. “Antes de la pandemia, del virus que había más genomas completos era del VIH y había 12.000. Esto es otra magnitud y no tiene nada que ver la magnitud del esfuerzo diagnóstico”, concluye.

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