de Roxana Istudor şi Adrian Barna

De când biochimistul american Kary Mullis a câștigat Premiul Nobel pentru Chimie, în 1993, pentru invenția numită PCR, povestea originii științifice a reacției în lanț a polimerazei a fost una despre imaginație și viziune, ca și depre lucrul în echipă și o colaborare care nu s-ar fi putut desfășura niciodată fără forța și eforturile multor oameni de știință. O descoperire din anii 1960, din Yellowstone, a făcut posibile milioane de teste PCR folosite azi în pandemia de COVID-19.

Tulpină și stadiu în aceeași analiză

Cercetătorii din Iaşi au creat un test PCR care depistează cu ce tulpină a virusului este infectat pacientul, dar şi în ce stadiu se află boala. Specialiştii care s-au ocupat de crearea testului spun că are pre- cizie de 100% și este destinat doar spitalelor. Noul test este capabil să ofere rezultatul într-o oră şi jumătate, cu 30 de minute mai devreme decât testele deja „clasice”. „Avem şi o serie de calibratori şi nu arată doar prezenţa sau lipsa virusului, ci şi cantitatea de virus, iar asta ajută foarte mult medicii, pentru că pot monitoriza evoluţia stadiului infecţios al pacientului”, explică cercetătorul Dana Stan.

Inspirație din natură

Descoperirea testelor PCR, așa cum sunt cunoscute astăzi, a început cu o întrebare pe care și-a pus-o cercetătorul american Tom Brock. În 1964, microbiologul s-a oprit pentru a vizita Parcul Național Yellowstone. A fost prima dată când a văzut izvoarele termale ale parcului. „Am ajuns în zona termală și am văzut toate aceste culori ce erau în mod evident microbi. Nimeni nu părea să știe prea multe despre ei”, își amintește Brock, pe atunci profesor la Universitatea Indiana. Pe măsură ce apa din izvoarele termale curgea, aceasta se răcea, creând o gamă de temperaturi și de medii potrivite pentru creșterea bacteriilor. Dar în cele mai fierbinți părți ale izvoarelor, unde temperaturile urcau și la peste 100 de grade Celsius, apele erau limpezi.

Bacteria din apele clocotite

În vara următoare, Brock s-a întors la Yellowstone cu o echipă de cercetare, studenți și cu o bursă de la Fundația Națională pentru Știință, pentru a cerceta viața microbilor la temperaturi ridicate. A fost începutul a ceea ce avea să devină un deceniu de muncă în care a studiat creaturile microscopice ale parcului. Făcând asta, a schimbat lumea, pentru că a descoperit o nouă bacterie, care prospera în ape de peste 70 de grade Celsius. Brock a numit-o Thermus aquaticus, iar descoperirea urma să revoluționeze domeniile biologiei și medicinei. Ceea ce nimeni nu ar fi putut să știe atunci a fost că în interiorul acelei bacterii se afla ingredientul-cheie pentru testele de diagnostic care aveau să fie desfășurate la nivel național și internațional aproape 50 de ani mai târziu, în linia întâi în lupta împotriva COVID-19, notează USA Today.

Cheia reacției în lanț a polimerazei

Pe măsură ce vestea descoperirii lui Brock s-a răspândit, biochimiștii din întreaga țară au început să cerceteze funcționarea interioară a Thermus aquaticus, scria Brock într-un articol din 1997 pentru revista „Genetics Society of America”. Cercetătorul și-a dat seama curând că enzimele bacteriei - proteine care desfășoară reacții chimice în interiorul unei celule - au continuat să funcționeze la temperaturi care erau chiar mai mari decât punctul de fierbere al apei. Una dintre enzimele Thermus aquaticus este astăzi ingredientul-cheie în reacția în lanț a polimerazei - PCR - pe care laboratoarele din întreaga lume o folosesc pentru a detecta virusul care provoacă boala COVID-19. Dar nu numai...

Miliarde de copii posibile pentru segmentele de ADN

PCR, o tehnică dezvoltată de biochimistul Kary Mullis în anii 1980, este o procedură de bază folosită pentru diagnosticarea bolilor. În același timp, acest tip de testare joacă un rol în a ajuta oamenii de știință să detecteze ADN-ul rămas la locul unei crime, să secvențieze genomurile și să urmărească mutații ale virusurilor ori să determine ascendența unei persoane sau rasa unui câine. Testul PCR poate face miliarde de copii ale segmentelor de ADN, amplificând chiar și cele mai mici urme de material genetic de la orice germen, animal sau persoană pe care oamenii de știință le-ar putea căuta. Procesul necesită încălzirea unei probe la temperaturi foarte ridicate și apoi răcirea, de mai multe ori. Enzima din Thermus aquaticus, numită polimerază Taq, copiază ADN-ul pentru a face mai mult din el. Deoarece poate rezista procesului de încălzire, laboratoarele pot efectua testele mult mai repede.

„Standardul de aur”

Deși există și alte teste de diagnosticare disponibile pentru COVID-19, oamenii de știință numesc testele PCR „standardul de aur”, deoarece sunt foarte precise, sensibile și relativ rapide. Chiar dacă există doar o cantitate mică de virus în proba unui pacient, PCR o va găsi. „Înainte ca acest tip de testare să devină utilizat pe scară largă, în anii 1990, oamenii de știință erau nevoiți să încerce să crească virusuri în laborator pentru a diagnostica bolile, un proces periculos, care durează de la câteva zile la câteva săptămâni. Testele PCR sunt folosite și pentru gripă, și pentru tuberculoză, și pentru multe altele”, afirmă directorul Laboratorului de Igienă din Wisconsin pentru boli transmisibile, Al Bateman, despre diferența pe care a făcut-o descoperirea lui Brock.

Teste PCR de ultimă generație, care depistează cu ce tulpină a virusului Sars-CoV-2 este infectat pacientul şi în ce stadiu se află boala, au mai dezvoltat, în Europa, Franţa, Germania şi Finlanda

Extremofilele sunt microorganisme care trăiesc în medii extreme şi care au generat teorii despre posibilitatea existenţei vieţii pe alte planete

„Cel mai uimitor lucru pe care l-am văzut“

În timpul deceniului de cercetări asupra izvoarelor termale și gheizerelor de la Yellowstone, Brock a scris aproximativ 100 de lucrări bazate pe munca și descoperirile sale. Cercetătorul, acum un nonagenar pensionat, dar pasionat în continuare de conservare, își amintește că la început a existat o critică publică cu privire la sprijinul pentru munca sa, pentru că, din moment ce se desfășura în Parcul Yellowstone, „nu părea foarte importantă, ci doar o distracție estivală”. Dar descoperirea lui Brock a condus la o coagulare a eforturilor multor oameni de știință, care au început să studieze „extremofilele” - microorganisme care trăiesc în medii extreme și care au generat teorii despre originile vieții pe Pământ și despre posibilitatea existenței vieții pe alte planete. „Cred că a fost cel mai uimitor lucru pe care l-am văzut în toată cariera mea științifică”, consideră Hudson Freeze, coleg cu Brock la momentul descoperirii bacteriei care a revoluționat lumea testelor medicale, acum directorul programului de genetică umană la Sanford Burnham Prebys Medical Discovery Institute, din California.