Nuevas fórmulas ‘made in Spain’ para diagnosticar el SARS-CoV-2

La pandemia de COVID-19, la enfermedad causada por el coronavirus SARS-CoV-2, ha provocado una crisis mundial con un elevado coste en vidas humanas. Las consecuencias económicas que se esperan son igualmente extraordinarias. Debido a su novedad, actualmente no hay vacunas frente al virus, ni tratamientos que se puedan aplicar a los enfermos de COVID-19.

La importancia del diagnóstico

A mediados de marzo, con más de cien mil contagiados en todo el mundo y miles de fallecidos, la Organización Mundial de la Salud declaró la pandemia. A los pocos días, su director aseguraba que la mejor manera de frenar su avance era impulsar el diagnóstico de los individuos contagiados: “Tenemos un sencillo mensaje para todos los países: test, test, test. Hacer test a cada caso sospechoso”.

El principal diagnóstico molecular del SARS-CoV-2 implica la detección de su material genético, una molécula de ácido ribonucleico (ARN) lineal. Estas moléculas, como las de ácido desoxirribonucleico (ADN), son secuencias más o menos largas de unas unidades químicas llamadas nucleótidos. Estos se enlazan unos con otros mediante enlaces químicos, como si fueran los eslabones de una cadena, gracias a la actividad de las enzimas llamadas ADN polimerasas.

Una diferencia fundamental entre estos dos tipos de ácidos nucleicos es que mientras el ARN está formada por una sola cadena, el ADN suele estar formado por dos cadenas, que se entrelazan como en el sistema de cierre de una cremallera.

Los métodos actuales

La detección del SARS-CoV-2 no es sencilla en la práctica. En primer lugar, la cantidad de ARN en los individuos contagiados es mínima, especialmente en las fases iniciales de la infección. Por eso, para un diagnóstico exitoso hacen falta técnicas potentes de amplificación del genoma del virus.

La más utilizada actualmente es la llamada RT-PCR, una técnica compleja que requiere dos etapas (ver figura, panel izquierdo).

En la primera, el genoma de ARN del virus es convertido en una molécula de ADN de doble cadena mediante el uso de la enzima RetroTranscriptasa.

En la segunda, este ADN se usa como molde en una reacción en cadena (PCR, del inglés polymerase chain reaction) que permite generar millones de copias de una parte de su secuencia. Esto se consigue gracias a la actividad de una ADN polimerasa resistente a altas temperaturas y la adición de nucleótidos al tubo de ensayo donde está el ADN.

La abundancia del ADN sintetizado puede ser medida fácilmente en tiempo real. Para profundizar algo más en esta técnica os recomiendo este reciente artículo:

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La imaginación en tiempos de pandemia

La necesidad de técnicas de diagnóstico más fáciles, rápidas y, por supuesto, baratas ha estimulado a científicos de todo el mundo. Entre ellos, un grupo de investigadores españoles ha propuesto recientemente un novedoso método de amplificación del genoma del SARS-CoV-2.

Este método se basa en el uso de una enzima alternativa, la ADN polimerasa del virus bacteriano Φ29 (phi29pol). Esta pequeña proteína, descubierta y caracterizada por los investigadores Luis Blanco y Margarita Salas, representa el paradigma del éxito que se puede conseguir al invertir en investigación básica.

Gracias a estos estudios, se descubrió la enorme capacidad de la phi29pol para sintetizar ADN mediante un mecanismo de “círculo rodante” (figura, panel derecho). En este mecanismo, la polimerasa solo necesita una molécula de ADN circular de una única cadena, que usará como molde, y un extremo iniciador al que añadir los nuevos nucleótidos.

La importancia de cerrar los candados

Pero, ¿cómo se convierte el ARN del SARS-CoV-2 en una molécula de ADN circular? Gracias a la capacidad de las moléculas de ácidos nucleicos de formar híbridos entre sí cuando sus secuencias de nucleótidos son complementarias y al uso de pequeñas moléculas de ADN llamadas sondas candado (del inglés padlock probes). Estas sondas son un recurso molecular de amplificación de ADN ideado en el pasado para identificar determinados patógenos, incluidos algunos virus.

Así, se pueden diseñar sondas candado de ADN con una secuencia de nucleótidos en sus extremos que se una específicamente con dos secuencias contiguas en el ARN del virus (figura, ❶). Los dos extremos de la sonda candado emparejados con el ARN viral están conectados por una secuencia intermedia que queda libre, de manera que la sonda adopta una forma circular de “candado abierto” (❶). Este círculo abierto puede ser sellado mediante el uso de otra proteína, común en cualquier laboratorio de biología molecular, llamada ADN ligasa. Así se obtiene un “candado cerrado” (❷), que no es otra cosa que una pequeña molécula de ADN circular de cadena única.

Replicación por círculo rodante

Una vez generada ese ADN circular, la phi29pol puede usarlo como molde para sintetizar ADN. Para ello, se encarga de enganchar los nuevos nucleótidos a uno de los extremos del ARN viral que aún está emparejado con la sonda circular (❸). En esta reacción de síntesis de ADN, la polimerasa va dándole vueltas y vueltas al molde de ADN circular, de ahí el parecido con un “círculo rodante” (❹).

La capacidad de síntesis que tiene la phi29pol es prácticamente inigualable, de manera que se pueden lograr enormes cantidades de ADN. Para detectar el ADN recién sintetizado se pueden usar también diferentes tipos de moléculas fluorescentes, como en la RT-PCR. Así, acoplando la reacción de amplificación a un sistema de detección de fluorescencia se puede saber si la muestra analizada contenía ARN viral o no.

Ventajas de la nueva metodología

La gran ventaja de la nueva propuesta basada en el uso de phi29pol y sondas candado es su sencillez y su rapidez. Es una reacción que transcurre a una temperatura constante (reacción isotérmica) y no requiere de mucho equipamiento. El método de RT-PCR es, en comparación, mucho más complejo, pues requiere de numerosos ciclos de subida y bajada de temperatura. Estos son posibles gracias al uso de termocicladores, máquinas bastante complejas y caras que están disponibles de manera limitada en hospitales y centros de investigación.

Por sus características, el nuevo método facilitaría el diagnóstico masivo de personas contagiadas. Se podría hacer en centros de salud, pues no necesita grandes infraestructuras o personal altamente especializado. Además, sería particularmente útil en países menos desarrollados, donde la disponibilidad de material e infraestructuras es limitante.

Jose F. Ruiz recibe fondos de MINECO y Universidad de Sevilla.