Testele PCR pentru depistarea COVID-19 nu ar exista fără o descoperire din 1966. Ce este polimeraza Taq

Parcul-Național-Yellowstone Sursa: Profimedia
  • Tehnologia utilizată în testele PCR pentru COVID-19 este unul dintre rezultatele descoperirii faptului că bacteriile pot trăi la temperaturi extrem de ridicate.
  • Una dintre enzimele bacteriei Thermus aquaticus, descoperite în 1966, este astăzi ingredientul cheie în reacția de polimerizare în lanț (PCR).
  • Tehnica PCR este folosită în mai multe scopuri, chiar și pentru detectarea ADN-ul lăsat de un infractor la locul crimei sau pentru stabilirea genealogiei unei persoane sau a rasei unui câine.

Tom Brock, care acum este profesor emerit la Universitatea din Wisconsin-Madison, a realizat cercetări revoluționare în biologie și au făcut posibilă și dezvoltarea testelor COVID-19, atât de folosite acum, în timpul pandemiei, relatează USA Today News.

În 1964, microbiologul a vizitat pentru prima dată Parcul Național Yellowstone, renumit pentru izvoarele termale pitorești. „Am ajuns în zona termală și am văzut toate aceste culori, care se datorau, în mod evident, prezenței unor microbi”, a spus Brock, pe atunci profesor la Universitatea Indiana. „Nimeni nu părea să știe prea multe despre ei”.

Pe măsură ce apa din izvoarele termale curgea din bazine, se răcea, creând o gamă largă de temperaturi și medii prielnice creșterii bacteriilor. Dar în zonele cele mai fierbinți ale izvoarelor, acolo unde temperaturile variau de la 70 până la peste 100 de grade Celsius, apa era clară, considerându-se că nu putea fi locuită.

Brock a vrut să știe mai multe despre bacterii și să vadă dacă trăiesc la temperaturi ridicate. Vara următoare s-a întors la Yellowstone cu o echipă de studenți, ca să cerceteze viața microorganismelor. Creaturile microscopice ale parcului aveau să devină obiectul studiilor profesorului timp de un deceniu.

În 1966, Brock și un student al său, Hudson Freeze, au descoperit o nouă bacterie, care trăia în ape cu o temperatură de peste 70 de grade Celsius. Brock a numit-o Thermus aquaticus. Descoperirea acestei bacterii rezistente a revoluționat datele biologiei și ale medicinei.

Elementul cheie al reacției de polimerizare în lanț sau PCR

Brock și Freeze și-au dat seama curând că enzimele bacteriilor – proteine care efectuează reacții chimice în interiorul unei celule – continuau să lucreze la temperaturi mai mari chiar decât punctul de fierbere a apei. Enzimele altor organisme nu pot tolera o astfel de temperatură; își pierd structura și nu mai funcționează, „ca un ou care își schimbă forma atunci când este pus într-o tigaie fierbinte”, explică Brock.

Una dintre enzimele lui Thermus aquaticus este astăzi ingredientul cheie în reacția de polimerizare în lanț (PCR), pe care laboratoarele din întreaga lume o folosesc pentru a detecta virusul care cauzează COVID-19.

PCR, o tehnică dezvoltată de biochimistul Kary Mullis în anii `80, este o procedură de bază, utilizată în diagnosticarea bolilor. Tehnica PCR este folosită și pentru detectarea ADN-ul lăsat de infractori la locul unei infracțiuni, pentru secvențierea genomului și pentru urmărirea mutațiilor, precum cele apărute în SARS-CoV-2, ca și pentru stabilirea genealogiei unei persoane sau a rasei unui câine.

Prin tehnica PCR se pot obține miliarde de copii ale segmentelor de ADN, amplificându-se chiar și cele mai mici urme de material genetic de la germeni, animale sau persoane. Procesul necesită încălzirea unui eșantion la temperaturi foarte ridicate și apoi răcirea acestuia, de mai multe ori.

Enzima din Thermus aquaticus, numită polimeraza Taq, copiază și multiplică ADN-ul. Datorită faptului că este rezistentă la căldură, laboratoarele pot efectua testele mult mai repede decât ar face-o în lipsa acestei bacterii, alte enzime fiind distruse de fiecare dată când proba este încălzită.

Deși există și alte teste de diagnostic pentru COVID-19, oamenii de știință numesc testele PCR standardul de aur în diagnosticare, deoarece acestea sunt foarte precise, sensibile și relativ rapide. PCR poate detecta chiar și o cantitate infimă de virus în proba unui pacient.

Înainte ca PCR să fie utilizat pe scară largă în anii ’90, oamenii de știință trebuia să încerce să crească viruși în laborator pentru a diagnostica bolile, un proces periculos, care durează de la câteva zile până la câteva săptămâni, a declarat Al Bateman, director al Secției de boli transmisibile a Laboratorului de igienă Wisconsin.

Atât de importantă este polimeraza Taq, că unul dintre testele COVID-19 utilizate de laboratorul de stat a fost numit după ea: TaqPath, fiind folosită la o mulțime de diagnostice, pentru COVID-19, pentru gripă, pentru tuberculoză.

Importanța cercetărilor de bază

Pe parcursul unui deceniu de cercetare privind izvoarele termale și gheizerele de la Yellowstone, Brock a scris aproximativ 100 de lucrări.

Acum în vârstă de 94 de ani, Brock și-a dedicat atenția conservării unei zone naturale din Wisconsin, împreună cu soția sa, Kathie.

„Nu știi niciodată ce se va întâmpla”, mărturisește Brock vorbind despre cercetările sale inițiale și despre descoperirea bacteriei Thermus aquaticus,

Brock își amintește că sprijinul acordat de Fundația Națională de Științe din SUA pentru activitatea sa a fost criticat public la vremea aceea. „Nu părea ceva foarte important, ci doar o atracție turistică”, spune el.

Munca lui Brock la Yellowstone a trezit însă interesul mai multor oameni de știință asupra microorganismelor „extremofile”, microorganismele care trăiesc în medii extreme. Această specialitate a dus la dezvoltarea teoriilor despre originile vieții pe Pământ și despre posibilitatea existenței vieții pe alte planete.

Când a fost întrebat dacă ar avea vreun sfat pentru oamenii de știință din viitor, Brock a spus: „Să studieze din greu și să-și păstreze mintea deschisă”, a spus el.