Así funciona una prueba de PCR, la técnica revolucionaria de los años 80 que marcó el pulso a la pandemia
Dos años después del estallido de la pandemia tan solo en España se realizaron más de 45 millones de PCR. Se trata de una cifra sin precedentes para esta técnica de laboratorio que fue 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 convirtió en una técnica básica en los laboratorios de microbiología. “Mucho antes del 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 de Madrid.
En total en España se realizaron 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 fue 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 española 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 vio “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 lograron 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.
CAB
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