¿Cómo explicar el diagnóstico de coronavirus por RT-PCR con piezas de TENTE?

Por Lluis Montoliu, el 19 marzo, 2020. Categoría(s): diagnóstico genético • genética ✎ 28
Piezas básicas de colores del juego de construcciones TENTE. Fotografía: Lluís Montoliu

¿Quién se acuerda del TENTE? Probablemente muchas personas de mi generación (nacidos a principios de los 60, yo soy del 63) recordarán este juego de piezas de construcción que se fabricó en Barcelona desde 1972 hasta 1993. Luego se recuperó desde otra marca y finalmente al cabo de los años desapareció. Aunque salió después de LEGO, la alternativa nórdica, que sigue triunfando, lo cierto es que muchas familias españolas (y de algunos países más, en América por ejemplo) optaron por TENTE para sus hijos. Para muchos, entre los que me cuento, fue nuestro juguete preferido durante nuestra infancia, pues permitía desarrollar nuestra imaginación e inventar cualquier objeto que quisiéramos construir. En la primera generación de TENTE (luego, como LEGO, se reconvertiría a la moda del momento y salieron cajas con piezas muy singulares que prácticamente solo servían para ese objeto a construir, fuera un barco, un coche o un avión) las piezas eran genéricas, muy simples, ladrillos básicos de colores (como los de la foto que abre este artículo), de diferentes tamaños, que se podían combinar de infinitas maneras y podían dar lugar a cualquier forma u objeto. Solamente necesitábamos unir las piezas para generar el objeto deseado.

¿A qué viene hablar del TENTE en este blog de gen-ética? Pues lo traigo a colación de una idea que se me ocurrió estos días en casa de confinamiento obligatorio que todos estamos viviendo, debido a la epidemia de coronavirus que está azotando en España, y al resto de mundo. Se me ocurrió echar mano del TENTE para intentar explicar cómo se estaba diagnosticando la presencia del coronavirus SARS-CoV-2 (causante de COVID-19) mediante la técnica llamada de RT-PCR, que son las iniciales en inglés de Transcriptasa Inversa (o Reversa) y Reacción de la Polimerasa en Cadena. La detección del coronavirus es una prueba médica de diagnóstico que tiene en vilo a mucha gente estos días. Muchos están pendiente de ella, pero me atrevería a decir que muy pocos entienden cómo se lleva a cabo. Por eso me propuse aportar mi granito de arena con esta propuesta de divulgación vintage, usando un juguete que está en el imaginario colectivo y que esperaba fuera una buena herramienta de comunicación visual para transmitir la idea que quería explicar.

Usando las piezas de colores de TENTE para simular las letras que forman el ADN (A, T, G y C) y las que forman el ARN (A, U, G y C). La adenina (A) está representada por una pieza amarilla, la timina (T) por una pieza gris, la guanina (G) por una pieza blanca y la citosina (C) por una pieza roja. En el ARN no hay timinas sino uracilos (U) representados por piezas de color azul.  Fotografía: Lluís Montoliu

En efecto, podemos convertir cada una de las piezas del TENTE en las letras que hay en nuestro material genético (y en el del virus). Recordad que fundamentamente tenemos dos tipos de ácidos nucléicos, dos tipos de material genético: el ADN (ácido desoxiribonucléico) y el ARN (ácido ribonucléico). En el ADN hay cuatro tipos de letras (de nucleótidos) que conocemos por adenina (A), timina (T), guanina (G) y citosina (C), usando los nombres de uno de sus componentes, las bases nitrogenadas que los forman. Desde los tiempos de Watson y Crick sabemos cómo es la estructura del ADN, la famosa doble hélice, formada por dos cadenas antiparalelas y complementarias. Y sabemos que delante de una A siempre hay una T (y al revés también, delante de una T hay una A), y delante de una G siempre hay una C (y al revés también, delante de una C hay una G). El ADN, con sus dos cadenas de letras, es el material genético que tenemos todos en el núcleo de nuestras células.

Molécula de ADN simulada con piezas de TENTE. Son dos cadenas (color negro) que incluyen letras en cada una de ellas que son complementarias. La A siempre está delante de la T y la G siempre está delante de la C. Fotografía: Lluís Montoliu

Por otro lado las moléculas de ARN son monocatenarias, solo tienen una cadena, y las cuatro letras (ribonucleótidos) son algo distintas. Mantienen las bases A, G y C pero no tienen T. En su lugar aparece una nueva base que llamamos uracilo (U), que hace el papel y la función de la T. Por lo tanto, como la T, la base complementaria a U también será la A. Los coronavirus, que ahora tanto nos preocupan, son virus de ARN, es decir, su genoma es una molécula de ARN (no una molécula de ADN) como tenemos nosotros en nuestras células.

Molécula de ARN simulada con piezas de TENTE. Es una sola cadena que incluye cuatro letras: la A, la U, la G y la C. Fotografía: Lluís Montoliu

Ahora que hemos presentado a las dos moléculas, ADN y ARN, y sus simulaciones con TENTE volvamos al objetivo principal de esta iniciativa: intentar explicar con estas moléculas simuladas de ADN y ARN como se está diagnosticando la presencia de coronavirus en las muestras biológicas que nos toman de la nariz o de la garganta. Para ello tenemos que amplificar la molécula a identificar. Esto lo sabemos hacer muy bien con las moléculas de ADN, gracias a la famosísima técnica de la PCR (iniciales en inglés de «reacción de la polimerasa en cadena») que inventó Kary Mullis, recientemente fallecido, y por la que recibió el premio Nobel de Química en 1993. La técnica de la PCR permite copiar cada molécula de ADN y así pasar de 2 cadenas a 4, 8, 16, 32, 64… hasta amplificarlas millones de veces y así poder detectarlas fácilmente, poder visualizarlas en el laboratorio. Pero eso no podemos hacerlo con las moléculas de ARN. Así pues tenemos un problema, pues no podemos aplicar directamente la técnica de la PCR para detectar el coronavirus, dado que su genoma, su material genético es una moléculas de ARN.

La transcriptasa inversa (o reversa), abreviada como RT, es capaz de copiar el ARN (la molécula monocatenaria de color blanco) y convertirlo en ADN (la molécula de color negro), teniendo en cuenta las mismas relaciones de complementariedad: delante de la G irá una C, delante de la C irá una G, delante de la A irá una T; y, la diferencia, delante de la U (azul) irá una A (amarillo). Fotografía: Lluís Montoliu

La transcripasa reversa (RT) así pues es una proteína que convierte el ARN en ADN, es algo así como un conversor de formatos. Además tiene en cuenta que en el ADN no hay U sino T, así que la base complementaria a la A (amarillo) es la T (gris), y la base complementaria a la U (azul) es la A (amarillo). Se llama reversa o inversa porque en realidad hace el proceso contrario del habitual. Normalmente a partir del ADN se obtiene el ARN (en un proceso denominado de transcripción) y este sale del núcleo de la célula y ya en el citoplasma se traduce en forma de proteína. La RT lo hace justo al revés, es capaz de reproducir el ADN a partir del ARN.

El ADN de cadena simple que acaba de ser sintetizado por la RT puede ser copiado en forma de su cadena de ADN complementario mediante la proteínas de la técnica de PCR (arriba), y esas dos cadenas de ADN complementarias pueden reconstituir una cadena ya normal, doble, de ADN que no es más que una versión del genoma de ARN del coronavirus en otro formato (abajo).  Fotografía: Lluís Montoliu

Una vez la transcriptasa reversa (RT) ha convertido el ARN del coronavirus en ADN de una sola cadena, manteniendo la secuencia de las bases (el orden de las letras) complementarias entonces la técnica de PCR ya nos sirve para copiar esa cadena y recrear la complementaria, para así poder reconstituir una doble cadena normal de ADN, con sus dos cadenas de bases A, T, G y C complementarias, que viene a ser exactamente la misma secuencia genética del virus pero en formato ADN. Han desaparecido las Us y, en su lugar han aparecido las Ts.

Una vez tenemos una molécula de ADN mediante la técnica de PCR podemos empezar a amplificarla, de 1 a 2, 4, 8, 16, 32, 64… Fotografia: Lluís Montoliu

La molécula de ADN resultante ya la vamos a poder amplificar mediante la técnica de PCR. Y así podremos duplicar el número de moléculas muchísimas veces, siguiendo la serie de 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, etc…. y todo esto con cada una de las moléculas, por lo que tras unos cuantos ciclos de amplificación por PCR habremos generado millones de copias del genoma del coronavirus en su formato de ADN y podremos visualizarlo en el laboratorio. Si lo detectamos entonces podremos concluir que esa persona de la que extrajimos la muestra biológica es positiva por el coronavirus. ¿Cómo sé que estoy amplificando la secuencia del coronavirus y no la secuencia del virus de la gripe, que también es otro virus de ARN? Pues porque los genomas de estos dos virus, las secuencias de letras son distintas. Y yo puedo determinar fácilmente si deseo amplificar una u otra (conociendo las secuencias). Por eso la técnica de PCR es tan sensible y tan específica.

Moléculas de ADN (negras, bicatenarias) y de ARN (blancas, monocatenarias). Todas estas moléculas presentes en esta imagen representan exactamente la misma secuencia genética en dos formatos distintos, ADN y ARN. Arriba es la versión ADN y abajo es la versión ARN que es el formato habitual que tiene y usa el coronavirus para infectar nuestras células. Fotografía: Lluís Montoliu

Todo este proceso de convertir el ARN del coronavirus en una molécula de ADN, gracias a la transcriptasa reversa (RT) y luego su amplificación posterior mediante la técnica de la PCR es lo que llamamos la técnica de RT-PCR, que es la que se utiliza para diagnosticar la presencia de coronavirus en personas que se sospecha hayan podido ser infectadas por este virus SARS-CoV-2, causante del COVID-19. Podéis visualizar todo este proceso en este vídeo de divulgación científica con una duración de poco más de 6 minutos que he colgado de mi canal de vídeos de YouTube. Espero que lo disfrutéis y lo encontréis útil, interesante y provechoso.


¿Cómo diagnosticar coronavirus con la técnica RT-PCR?



28 Comentarios

    1. Hola, gracias. La sensibilidad y la especificidad de la técnica de PCR dependen de muchos factores: temperatura de anillamiento, tiempos de extensión, cebadores utilizados, número de ciclos, cantidad y calidad de la muestra inicial, etc…

      1. hola mucho gusto, tiene la especificidad y sensibilidad en %?

        acaso no el mismo Kary Mullis dijo que la prueba no estaba diseñada para diagnosticar enfermedades infecciosas… tiene una tasa absurdamente alta de falsos positivos…puede darme el porcentaje?

  1. Magníficamente explicado. Esta claro que ser didáctico es un don como cualquier otro. Se tiene o no se tiene, y en este último caso esta por ver si puede cultivarse.

  2. Yo soy profesor y en mis clases suelo explicarlo a personas poco conocedoras del tema, y creo en mi opinión, que es un estupendo ejemplo o modelo para poder explicar sencilla y divulgativamente.

    1. Me parece una pregunta apropiada, ya que para intentar una respuesta he buscado en la red, de lo que se dice al respecto y según me parece estas mascarillas deben ser usadas por aquellas personas capaces de contagiar a otras y no de impedir que las sanas se contagien de los portadores del virus.Como origen de esta información se menciona a veces a la OMS, igualmente se afirma que no son reutilizables. En conclusión, demostrar todo esto equivale a establece su contratación es decir ejecutar pruebas que demuestren que son efectivas y re utilizables, No obstante como también escuché que en un mediano plazo, la mayoría de nosotros tomaremos contacto con este virus, me parece conveniente mantener un adecuado aislamiento y no emprender actividades empíricas si no estamos capacitados para hacerlas.

  3. Gracias por la explicación, muy sencilla e interesante!
    Una pregunta: Parece claro que no disponemos en España de la capacidad de hacer estos tests de forma masiva, ¿cuál es la dificultad para ellos? ¿Tal vez son muy lentos y requieren equipamiento que escasea en nuestro país?

    1. Gracias Carlos. Todo está cambiando muy rápidamente. Se están poniendo a punto nuevos protocolos realizados por máquinas acopladas a robots que pueden procesar muchas muestras simultáneamente. Saludos

  4. Entiendo la explicación. Se hacen millones de copias del virus. ¿Pero como se hace la comparación del
    genoma del virus con la muestra extraída del paciente?

    1. Hola Alfons, no se hace la comparación. Se usan unas secuencias específicas del coronavirus para amplificarlo, que solamente amplifican el genoma del virus, y nada más. Por eso si lo detectamos es que estaba en la muestra extraída inicialmente al paciente. Saludos.

  5. Estoy leyendo en tu libro Editando genes sobre la utilidad de Sherlock para el diagnostico de ácidos nucleicos utilizando CRISPR. Veo ademas en broadinstitute.org que ya Feng Zhang ha desarrollado una aplicación para diagnostico de covid mucho más rápido que PCR . Sabes si se esta llevando a cabo ?

  6. Genial.

    Muchísimas gracias, con tantísima dificultad para los que no entendemos, nos lo haces más sencillo para poderlo comprender.
    Gran profesional.

  7. Muy buena la explicación ilustrada con TENTE Lluis. Aprovechando la oprtunidad de los comentarios en tu artículo, no sé si podrías por favor responderme a una duda sobre el porcentaje de la tasa de error de los RT-PCR para el SARS-CoV-2, puesto que este test es adaptado y no ha sido desarrollado con este propósito concreto y no hay un ‘gold standard’ o test de referencia… y además cómo crees que los exosomas pueden llegar a desvirtuar el resultado.
    Muchas gracias.
    Saludos!
    Fran.

  8. Agradecerte el magnifico articulo. Como siempre muy esclarecedor y muy didáctico
    Soy una fiel seguidora de Mojica y tuya, de los CRISPR. Ya me leí tu libro de divulgación «Editando genes: recorta, pega y colorea» que tengo firmado por tÍ de su presentación en Málaga
    Saludos
    Yo tambien soy del 63 y he jugado mucho con el TENTE

    1. Muchas gracias M Piedad por tus amables comentarios. El 63 fue un muy buen año! Y que bien que nos lo pasábamos con el TENTE… y todavía nos puede dar sorpresas! Abrazos

  9. Muy buen trabajo señor. Me gustaría preguntar ¿Hasta que punto puede corromperse una muestra ya que se está alterando directamente su cadena de ácidos?

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