Bacterias, alucines y errores en la creación de la PCR

“Yo estaba ahí abajo, entre las moléculas, cuando lo descubrí: no estaba alucinando por el LSD pero, para entonces, mi mente había aprendido cómo viajar hasta allá. Me podía sentar en una molécula de ADN y ver a la polimerasa haciendo lo suyo… es mi forma de pensar. Puedo ponerme en todo tipo de lugares y he aprendido a hacerlo, creo… a través de las drogas psicodélicas”.

Así fue como, unos años después de que se le concediera el premio Nobel de Química, el científico Kary Mullis explicó en una entrevista a la BBC el momento en el que se le ocurrió cómo hacer una de las herramientas más útiles y sorprendentes de la biología molecular, una que en la actualiada está muy presente en todo el mundo, porque es la que permite detectar al nuevo virus SARS-CoV-2, que es el causante de la pandemia de Covid-19: la reacción en cadena de la
polimerasa.

El excéntrico que revolucionó la biología

Mullis nació en 1944 y se formó en la “Si no hubiera tomado nunca LSD, ¿habría inventado de todas formas la PCR? No lo sé. Lo dudo. Lo dudo mucho. Tomar LSD fue una experiencia que me abrió la mente... fue mucho más importante que cualquier curso que haya tomado”.

Siempre fue polémico, por un lado era humilde y desprendido, tenía la ambición de contribuir a que el mundo fuera un lugar más bueno y sano; por otro, despreciaba el conocimiento académico y negaba la existencia del virus del SIDA y del cambio climático.

A los 13 años con sus amigos de la secundaria empezó a construir cohetes caseros. Más adelante diría que lo hizo como se deben hacer las cosas “cuando en realidad quieres aprender algo”, no leyéndolo en un libro sino haciendo experimentos. Lo hizo tan bien que incluso elevaron un cohete, tripulado por una rana, un kilómetro y medio. Y la rana sobrevivió.

Era otra época, una en la que unos adolescentes podían ir la tienda a comprar fusibles para dinamita y en la que los dejaban entrar, “sin supervisión”, al laboratorio de la escuela para hacer sus propios experimentos.

Mullis entró a la Universidad de California en Berkeley a estudiar bioquímica, pero no le interesaba el ADN, y tal vez ni siquiera la bioquímica; de hecho, su asesor en el doctorado en Berkeley le daba una libertad absoluta para seguir su curiosidad, “aunque fuera tomar clases de música”, recuerda.

Su primer artículo de investigación, publicado cuando apenas tenía 26 años en la prestigiosa revista Nature por razones que él mismo confesó no haber entendido nunca, se llamó “El significado cosmológico de la reversión del tiempo”, y en él proponía la hipótesis de que había zonas del universo hechas de antimateria y donde el tiempo podía transcurrir en sentido contrario.

No se dedicó a la cosmología y su artículo no tuvo impacto; para lo único que sirvió fue para que los sinodales concedieran a Mullis el título a pesar de no haber entrado a clases de biología molecular. Después de doctorarse, se fue a seguir a su esposa de dos meses, quien había obtenido una beca para estudiar medicina en Kansas. Él decidió que sería escritor.

Su carrera literaria fracasó desde antes de iniciarla; el matrimonio, eventualmente, también, y después de algunos trabajos menores como técnico de laboratorio, en un seminario sobre la síntesis y clonación de un gen se dio cuenta de que sí le interesaba el ADN. Se puso a estudiar al respecto y poco después, en 1979, consiguió un puesto un poco más elevado que técnico de laboratorio en una compañía llamada Cetus.

Ahí fue donde, buscando otra cosa, se imaginó cómo usar la reacción en cadena de la polimerasa (PCR por su sigla en inglés).

Amplificación de ideas y moléculas

La PCR resulta inmejorable para diagnosticar a quien está infectado por el virus SARS-CoV-2 pues permite detectar y amplificar selectivamente algunos genes de entre la inmensa cantidad de ADN que hay en nuestro cuerpo. Para darnos una idea aproximada de la magnitud de este logro hay que explicar algunas cosas de biología molecular.

El ADN es una molécula muy larga en forma de retorcida escalerilla de mano pero cuyas propiedades podemos entender mejor si la concebimos como un zíper que está formado por dos hebras que pueden unirse o separarse. Los puntos de unión de estas hebras, que constituyen los “peldaños” de la escalera, están formados por cuatro entidades químicas llamadas, en general, bases nitrogenadas y que tienen los nombres particulares de adenina (A), timina (T), citosina (C) y guanina (G).

Estas cuatro sustancias forman parejas que son complementarias; es decir, si de un lado de la hebra hay una A, del otro hay una T, y si lo que hay es una C, del otro lado hay una G.

De esta manera, la información genética se guarda en la secuencia en que se ordenan las cuatro bases nitrogenadas a lo largo de la molécula de ADN. Es algo similar a las secuencias de ceros y unos que permiten almacenar la información en una computadora.

›De esta manera, la información genética que lleva a que un óvulo fecundado se transforme en todo un ser humano está guardada en unos tres mil millones de pares de bases, lo que es equivalente a una hebra de ADN de unos dos metros de largo. Esa es la cantidad de ADN que, convenientemente empaquetada, se encuentra en todas y cada una de nuestras células. Además, como somos los hospederos de diversas especies de microorganismos, en una muestra de exudado nasal puede haber hasta 10 veces más información genética de la que está en nuestras propias células.

Entre todo eso, el procedimiento ideado por Mullis separa las cadenas de ADN, reconoce un pequeño fragmento (puede ser un gen o una porción del mismo) y, pegando una A a cada T, una T a cada A, una C a cada G y una G a cada C, duplica cada hebra de ADN; luego repite el procedimiento, duplicando el número de copias en cada ciclo. Y lo hace con tal eficacia que en unas cuantas horas es posible tener mil millones de copias del fragmento de ADN.

Según comentó él propio Mullis en su conferencia del Nobel, él solo estaba buscando una forma de eliminar la contaminación de un experimento que nada tenía que ver con la amplificación de ADN. De hecho, la polimerasa de ADN fue su segunda opción, pues al principio quería usar una enzima llamada fosfatasa alcalina bacteriana.

Cuando se le ocurrió usar la polimerasa de ADN, mientras manejaba rumbo a su cabaña, se dio cuenta del potencial del procedimiento y tuvo que detenerse, en la milla 46,7 de la carretera 128 para verificar cuántos ciclos del procedimiento necesitaba para obtener mil millones de copias del fragmento de ADN. La novia de Mullis de aquel entonces, que iba dormida en el auto, no se emocionó con la idea, ni en ese momento ni después. El recuerda: “Ninguno de mis amigos o colegas se entusiasmó con el potencial que tenía el proceso. Yo siempre tenía ideas descabelladas, y esta quizás era igual a la de la semana pasada. Pero era diferente”.

Beneficios de la creatividad

Tampoco en Cetus hubo mucho entusiasmo. De hecho, Mullis recuerda que su amigo Ron Cook sugirió que “debería renunciar a mi trabajo, esperar un poco, hacerlo funcionar, escribir una patente y enriquecerme”.

No lo hizo, se quedó en Cetus (y le dio el prestigio en ser la única compañía biotecnológica donde se ha producido un descubrimiento de premio Nobel). Ni siquiera esa noche siguió hablando del tema, él y Cook se distrajeron porque en la fiesta estaba el químico Albert Hofmann, famoso por sintetizar el LSD en 1938 y descubierto su acción alucinógena en 1943, mientras trabajaba para la farmacéutica suiza Sandoz (ahora Novartis).

Cetus contribuyó a optimizar el proceso. Mullis usaba una polimerasa de ADN que provenía de la bacteria Escherichia coli que, dado que había que calentar hasta 90 grados para separar las hebras de ADN, se destruía y se debía reponer en cada ciclo. Esta enzima fue reemplazada por la polimerasa de las bacterias termófilas Thermus aquaticus, las cuales viven en los geisers del Parque Nacional Yellowstone, que resiste temperaturas de hasta 95 grados centígrados, aunque funciona mejor a 75.

A pesar del éxito comercial de la Taq PCR, Cetus tenía muchos problemas financieros, y en 1989 vendió la patente a la farmacéutica suiza Roche en 330 millones de dólares. Para 2005, se calcula que había obtenido dos mil millones de dólares por el licenciamiento de esta tecnología.

Desde 1990, el Servicio de Parques Nacionales de Estados Unidos, que se refiere a la PCR como el Gran Despojo Taq, pide que los investigadores firmen un acuerdo para compartir los potenciales beneficios de sus descubrimientos. Mullis no se arrepintió de no haber seguido el plan de su amigo Cook.

En una entrevista en 2005 comentó que si bien Cetus pudo haber sido más generosa con él, hizo “lo que tenía que hacer una compañía, ganar dinero para sus accionistas” y que de haberle dado una posición más elevada tal vez hubieran perdido, “porque no me estoy quieto”.

Otra idea descabellada

Ni Mullis, ni Komberg, que aisló la polimerasa de E. coli en 1956; ni Chien, que obtuvo la Taq en 1976, ni ningún otro gran innovador en el campo de la biotecnología ha inventado realmente algo, solo aprendieron a usar de distintas maneras los inventos que han hecho las bacterias desde hace unos cuatro mil millones de años, cuando comenzó la vida en la Tierra con seres similares a ellas (bueno, el LSD viene de una planta, pero el punto es el mismo).

Mullis murió el 7 de agosto de 2019. Entre sus últimos proyectos planeaba hacer un nuevo tipo de vacunas contra los virus que aparecieran de pronto.

Su idea era hacer algo como “redireccionar” al sistema inmune, de manera que pudiera usar una inmunidad ya aprendida contra un patógeno conocido para atacar al nuevo.

Tal vez esa era solo otra de sus ideas descabelladas, porque ninguno de los 136 proyectos de vacuna contra el SARS-CoV-2 que registra la OMS se basa en ella… Pero tal vez no.