¿Qué es una reacción en cadena de la polimerasa?
La reacción en cadena de la polimerasa (PCR) utiliza enzimas para replicar en masa una porción de una cadena de ácido desoxirribonucleico (ADN) para un análisis más fácil, como la búsqueda de genes de interés. Al igual que la reacción en cadena nuclear, la reacción en cadena de la polimerasa es un proceso exponencial que tiene lugar mientras las materias primas para mantener la reacción estén disponibles. A diferencia de la replicación del ADN en el mundo natural, la reacción en cadena de la polimerasa solo puede replicar piezas de ADN bastante pequeñas, con un techo superior de aproximadamente 2-3 kilo pares de bases (kb). Una reacción en cadena de la polimerasa usa enzimas inanimadas para lograr su efecto de replicación, lo que lo distingue de otros enfoques de copia que usan organismos activos.
Una reacción en cadena de la polimerasa moderna requiere seis componentes básicos para funcionar: el segmento de ADN que se copiará, cebadores para delimitar el segmento, la polimerasa Taq para copiar, los nucleótidos de ADN para servir como materia prima, un entorno de tampón químico y una máquina llamada térmica ciclista. El termociclador a menudo contiene múltiples tubos de ensayo con múltiples reacciones en cadena de polimerasa, cada uno con 15 a 100 microlitros, valores justo por debajo de un milímetro cúbico de agua. Se utilizan aproximadamente cien nanogramos de base de ADN.
La polimerasa Taq, el ingrediente clave para una reacción en cadena de la polimerasa, se extrae de una bacteria de aguas profundas que habita en respiraderos térmicos, Thermus aquaticus . Funciona bien para copiar, pero no perfectamente, cometiendo un error aproximadamente una vez cada 8 millones de pares de bases. Antes de la polimerasa Taq, se usaron otras polimerasas, pero muchas de ellas se descompusieron a las temperaturas necesarias para que comenzara la reacción. El ciclo de calentamiento es complicado, pero incluye temperaturas que varían brevemente casi hasta el punto de ebullición, por lo que la durabilidad en la polimerasa es esencial.
Los pasos básicos de la reacción en cadena de la polimerasa son los siguientes. Todos los ingredientes se mezclan en un vial pequeño, generalmente con un volumen de 200 microgramos. La mezcla se calienta hasta casi el punto de ebullición para romper los enlaces de hidrógeno en el ADN de cadena doble, creando cadenas individuales que son susceptibles de copiarse. Esto se llama desnaturalización . Cuanto más largo sea el hilo a copiar, más durará el proceso de desnaturalización.
El siguiente paso en la reacción en cadena de la polimerasa se llama recocido . Los cebadores, que son hebras de ADN cortas hechas a medida, están diseñadas específicamente para unirse a los sitios al principio y al final del segmento a copiar. Si los cebadores están diseñados incorrectamente o la temperatura en esta etapa es incorrecta, el cebador se unirá aleatoriamente al ADN, dando como resultado una copia del segmento incorrecto. La mayoría de los cebadores se funden aproximadamente a dos tercios del punto de ebullición, y el recocido, un proceso de 1-2 minutos, se lleva a cabo a unos pocos grados por debajo de este.
Los últimos pasos en la reacción en cadena de la polimerasa se llaman extensión y extensión final . Aquí es donde sucede la magia. La polimerasa copia el segmento de ADN rápidamente, creando millones y millones de copias en solo minutos. Por lo general, un ciclo consta de todos los pasos anteriores, repetidos unas veinte o treinta veces.
El resultado es un montón de ADN copiado. Las reacciones en cadena de la polimerasa tienen una variedad de usos, que incluyen pruebas de paternidad, determinación de la presencia o ausencia de un defecto genético o ADN viral, clonación de un gen, introducción de mutaciones específicas, análisis del ADN de especies extintas o personas muertas, "huellas genéticas" en el escena del crimen y más.