La PCR y la secuenciación del ADN

La PCR y la secuenciación son las dos técnicas que convirtieron el ADN en algo que se puede manejar en un laboratorio corriente. La primera copia un trozo de ADN millones de veces en una tarde, de manera que una sola molécula, un pelo, una gota de saliva seca, se convierte en cantidad suficiente para estudiarla. La segunda lee ese ADN letra a letra. Con las dos juntas se identifica a un criminal, se diagnostica una infección, se descubre un pariente, se lee el genoma de un mamut o se sabe qué variante de un virus circula en una ciudad.

La PCR, reacción en cadena de la polimerasa, se le ocurrió a Kary Mullis una noche de 1983 conduciendo por una carretera de California, y la publicó con sus compañeros de la empresa Cetus en 1985. La idea es imitar en un tubo lo que hace la célula al replicar su ADN, pero solo en el trozo que interesa y una y otra vez. Se mete el ADN en un tubo con la enzima polimerasa, las cuatro letras sueltas y dos cebadores, trozos cortos de ADN sintético que encajan justo al principio y al final del fragmento que se quiere copiar. Se calienta a 95 grados y la doble hélice se separa; se enfría a unos 55 y los cebadores se pegan; se sube a 72 y la polimerasa copia. Cada ciclo dobla el número de copias, y en treinta ciclos, un par de horas, una molécula se ha convertido en mil millones.

El truco que lo hizo práctico fue una enzima de una bacteria de las fuentes termales de Yellowstone, Thermus aquaticus, que aguanta el calor sin estropearse; las polimerasas normales morían en el primer ciclo. Mullis recibió el Nobel en 1993. Hoy la PCR está en todos los laboratorios de biología del mundo y fue la prueba de referencia de la pandemia de 2020: lo que se detectaba en un hisopo eran unas pocas copias del ARN del virus, convertidas en ADN y multiplicadas hasta hacerse visibles.

Leer el ADN es otro problema. Frederick Sanger, que ya tenía un Nobel por leer la primera proteína, inventó en 1977 el método que usó la ciencia durante treinta años. Se copia el fragmento con la polimerasa, pero mezclando letras normales con unas pocas letras trucadas que cortan la copia al colocarse; salen fragmentos de todas las longitudes posibles, cada uno terminado en una letra conocida, y al separarlos por tamaño se lee la secuencia como una escalera. Sanger secuenció con él el primer genoma, el de un virus con cinco mil letras, y recibió su segundo Nobel en 1980. El genoma humano, tres mil millones de letras, se leyó con ese método entre 1990 y 2003, y costó unos tres mil millones de dólares.

A partir de 2005 llegaron las máquinas de secuenciación masiva, que leen millones de fragmentos a la vez y los ensamblan por ordenador. El precio de un genoma humano cayó de miles de millones a menos de mil dólares en quince años, más deprisa que cualquier tecnología de la historia. Se secuencian hoy tumores para elegir el tratamiento, embriones, aguas residuales para vigilar virus, el ADN antiguo de neandertales, y el de todo lo que vive en un puñado de tierra sin necesidad de cultivarlo. Hay máquinas del tamaño de un teléfono que leen ADN pasándolo por un poro de proteína.

Las dos técnicas son también las que hacen posible la huella genética, la edición con CRISPR, que necesita saber qué se corta, y los test que dicen de dónde vienen los antepasados de una persona. Y cambiaron la manera de clasificar la vida: los reinos y el árbol de la vida se dibujan hoy comparando secuencias, no formas.

La replicación del ADN – El genoma humano – La huella genética – CRISPR y la edición genética – Las enzimas