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De Yellowstone Park al laboratorio: la bacteria que revolucionó el diagnóstico

Uno de los entornos más extremos de la tierra fue el origen de la PCR

Thomas Dale Brock, microbiólogo estadounidense, acaba de fallecer a los 94 años. El descubrimiento de Brock de una bacteria termófila en las aguas termales del Parque Nacional de Yellowstone en 1966 permitió el desarrollo de la PCR, la prueba que revolucionó el diagnóstico.

Brock realizó uno de los descubrimientos de microbios más importantes en biología sintética, la bacteria Thermus aquaticus o Taq. Este organismo pertenece a una clase de formas de vida llamadas extremófilos, con capacidad para sobrevivir en algunas de las condiciones físicas y químicas más extremas de la Tierra. Dentro de ese grupo, T. aquaticus es un hipertermófilo, por su capacidad de crecer a elevadas temperaturas.

En 1964, el microbiólogo, entonces profesor de la Universidad de Indiana, se detuvo en su viaje hacia el oeste en el Yellowstone National Park. Fue la primera vez que vio las coloridas aguas termales del parque. En las partes más calientes de los manantiales, donde las temperaturas oscilaban entre los 70 y 100 º C, los manantiales eran claros y se pensaba que no podía haber formas de vida. Brock regresó a Yellowstone con la intención de avanzar en la biología de uno de los entornos más extremos de la Tierra. Al hacerlo, cambió el mundo. En 1966, Brock y un estudiante de pregrado, Hudson Freeze, descubrieron una nueva bacteria que prosperaba en aguas por encima de los 70 º C. Brock lo llamó Thermus aquaticus. El descubrimiento de esta resistente bacteria revolucionó los campos de la biología y la medicina.

Dentro de esa bacteria estaba la enzima clave para la prueba gold standard de diagnóstico que sería implementadas en todo el mundo casi 50 años después, en la primera línea de la lucha contra el COVID-19. La enzima de T. aquaticum, la Taq polimerasa, seguía funcionando a temperaturas que eran incluso más altas que el punto de ebullición del agua. Las enzimas de otros organismos no pueden tolerar esa temperatura pierden su estructura y dejan de funcionar

La PCR (Polymerase Chain Reaction), una técnica desarrollada por el bioquímico Kary Mullis en la década de 1980, es un procedimiento básico que se utiliza para diagnosticar enfermedades, secuenciar genomas, rastrear mutaciones como las del SARS-CoV-2, determinar la ascendencia de una persona, identificar rastros de la presencia de un individuo en un sitio o analizar la raza de un perro.

Este rasgo clave, la estabilidad a altas temperaturas, ha convertido a la Taq polimerasa en una pieza central de las reacciones en cadena de la polimerasa, uno de los procesos más críticos en microbiología.

La PCR puede producir millones de copias de segmentos de material genético partiendo de DNA o RNA, amplificando rastros de material genético de cualquier germen, animal o persona. El proceso requiere calentar una muestra a temperaturas muy altas y luego enfriarla varias veces. La enzima Taq polimerasa de Thermus aquaticus, copia el DNA para producir más a través de varios ciclos. Las pruebas de PCR son muy precisas, sensibles y relativamente rápidas. Incluso si solo hay una pequeña cantidad del virus o bacterias en la muestra de un paciente, es probable que la PCR lo detecte.

Los estudios genómicos proporcionan ahora una descripción de los organismos y procesos que dan forma a la estructura, función y dinámica de las comunidades microbianas. Una visión más completa de las especies microbianas no cultivadas, las distribuciones de los genes y las vías bioquímicas, y la variabilidad genómica que ocurre naturalmente se está enfocando más claramente. y la ciencia está buscando qué microbio será el próximo en transformar la biología sintética.