Tecnología del ADN

Treinta ciclos de PCR convierten un fragmento de ADN en unos mil millones de copias.

Copiar ADN en un tubo

La mayoría de los métodos para estudiar el ADN necesitan mucho más del que contiene una gota de sangre o un cabello. La reacción en cadena de la polimerasa, o PCR, resuelve ese problema. El NHGRI la llama fotocopiado molecular: una forma rápida y económica de copiar un pequeño segmento elegido de ADN. Usa las mismas reglas de emparejamiento de bases que una célula. La muestra se calienta para separar las dos hebras; luego se enfría para que unos fragmentos cortos de inicio, llamados cebadores, se unan a ambos lados del segmento buscado. Después, una ADN polimerasa resistente al calor construye una hebra complementaria nueva sobre cada molde. Eso es un ciclo.

Cada ciclo puede duplicar el número de copias, así que el recuento aumenta rápidamente. Tras 10 ciclos, una molécula podría convertirse en 2¹⁰ = 1024 copias; tras 20 ciclos, en 1 048 576; y tras 30 ciclos, en 1 073 741 824, unos mil millones. Las reacciones reales no alcanzan una duplicación perfecta, pero la idea se mantiene. Kary Mullis, que ideó la PCR en 1983, recibió el Premio Nobel de Química en 1993. El NHGRI enumera sus usos: la mayor parte del trabajo de cartografía del Proyecto Genoma Humano, la identificación por huella genética, la detección de bacterias y virus y el diagnóstico de trastornos genéticos.

Separar fragmentos por tamaño

Para ver qué ha producido una reacción, los laboratorios suelen usar la electroforesis en gel. OpenStax explica el procedimiento. Una lámina de gel de agarosa, hecha con una sustancia presente en las algas, se empapa en una solución salina y las muestras de ADN se colocan en pequeños pocillos de un extremo. El ADN tiene carga negativa por sus grupos fosfato, así que, cuando pasa una corriente eléctrica por el gel, se mueve hacia el electrodo positivo. El gel actúa como una maraña: los fragmentos pequeños pasan con rapidez y los grandes se quedan atrás. Al cabo de un tiempo, los fragmentos más pequeños están más lejos de los pocillos. Un colorante permite ver las bandas.

Leer las letras y el genoma completo

Leer el orden de las bases se llama secuenciación. Frederick Sanger desarrolló el método de terminación de cadena, que usa nucleótidos ligeramente modificados para detener una hebra en crecimiento allí donde se incorporan; al ordenar los fragmentos detenidos por tamaño, la secuencia se revela base por base. Recibió el Premio Nobel de Química en 1980, y su método se utilizó en el Proyecto Genoma Humano. Ese proyecto comenzó oficialmente en octubre de 1990 y concluyó en abril de 2003, más de dos años antes de lo previsto. Abarcó alrededor del 92 por ciento del genoma, hasta donde permitía la tecnología de entonces. El 8 por ciento restante, lleno de repeticiones, lo completó el consorcio Telomere-to-Telomere en 2022, con lo que se obtuvo una secuencia completa de 3.055 mil millones de pares de bases.

Comparar genomas muestra lo parecidos que somos. El NHGRI señala que suele decirse que los genomas de dos personas cualesquiera son idénticos en aproximadamente un 99.9 por ciento. Con unos 3 mil millones de bases, el 0.1 por ciento sigue siendo unos 3 millones de diferencias, suficientes para que el patrón de ADN de cada persona sea distintivo.

Editar el ADN

Las herramientas de edición del genoma actúan como tijeras que cortan el ADN en un lugar elegido; después, los científicos pueden eliminar, agregar o sustituir ADN allí. El NHGRI describe CRISPR como un método más sencillo, rápido, económico y preciso que los anteriores, y muchos científicos que editan genomas lo usan ahora. Emmanuelle Charpentier y Jennifer Doudna compartieron el Premio Nobel de Química de 2020 «por el desarrollo de un método de edición del genoma». Los investigadores lo usan para desactivar genes individuales en animales como ratones y peces cebra y así averiguar qué hacen esos genes. Se están desarrollando tratamientos, pero el NHGRI señala problemas sin resolver: las herramientas a veces cortan en el lugar equivocado, y los cambios en óvulos, espermatozoides o embriones se transmitirían a las generaciones futuras. Muchos países restringen ese tipo de edición, y los NIH no financian investigaciones para editar embriones humanos.