Wykrywanie koronawirusa: czym jest test PCR?

20 maja, 2020
W mediach słyszeliśmy ostatnio, że test PCR jest najbardziej niezawodną metodą identyfikacji obecności koronawirusa w organizmie. Ale co to właściwie jest za badanie? W tym artykule przybliżymy Ci nieco ten temat.

W mediach słyszeliśmy ostatnio, że test PCR jest najbardziej niezawodną metodą identyfikacji obecności koronawirusa w organizmie. Ale co to właściwie jest za badanie? W tym artykule przybliżymy Ci nieco ten temat.

W ostatnich dniach zestawy wykrywające wirusa pod kątem choroby COVID-19 są na ustach dosłownie każdego dziennikarza pracującego w mediach. Na przykład w Hiszpanii doszło do sporych kontrowersji po tym, jak rząd zakupił ponad 50 000 testów, których wyniki okazały się zupełnie niewiarygodne.

Stało się tak również w innych krajach, a spowodowane przez to straty finansowe były naprawdę znaczne. Z tego też powodu niezbędne stało się opracowanie skutecznego i szybkiego sposobu wykrywania zainfekowanych pacjentów. Czym jest więc tak popularny w ostatnich dniach test PCR?

Wielu z nas słyszało już na pewno, że „test PCR jest najbardziej kompletną i niezawodną metodą wykrywania koronawirusa”. Wysoki wskaźnik powodzenia i minimalna liczba fałszywych wyników pozytywnych skłoniły samą Światową Organizację Zdrowia (oryg. World Health Organization – WHO) do zalecania tego testu jako podstawowej metody wykrywania koronawirusa.

Kilka artykułów opisywało już różne metody wykrywania wirusa SARS-CoV-2. Jednak dzisiaj chcieliśmy skorzystać z okazji, aby szczegółowo pokazać, czym jest test PCR i jak on działa. Zapraszamy do poświęcenia kilku minut na lekturę naszego dzisiejszego artykułu, dzięki czemu będziesz mógł dowiedzieć się czegoś więcej na ten temat!

Test PCR: zacznijmy od wyodrębnienia naszego wroga

Koronawirus (SARS-CoV-2) jest drobnoustrojem z grupy wirusów, który zawiera pojedynczą nić RNA. Na tej podstawie jest klasyfikowany jako pojedyncza nić o dodatniej polaryzacji ssRNA(+). DNA i RNA to najbardziej wiarygodne „odciski palców”, jakimi może cechować się dany organizm.

W laboratorium

Kolejność tworzących go nukleotydów ujawnia tożsamość takiego „osobnika”. Co więcej, istnieje wiele wspólnych cech dla poszczególnych gatunków i organizmów. A ponieważ kororonawirus składa się z pojedynczej nici informacji, to obecność jego RNA w organizmie nosiciela jest jednoznacznym dowodem infekcji.

Krótko mówiąc, jeśli jego RNA jest obecna w próbce pobranej pacjenta, oznacza to, że ta osoba została zarażona.

Dlatego tez niezwykle ważnym zadaniem było szybkie wyodrębnienie genomu tego wirusa już od momentu jego odkrycia. Na szczęście pierwsza próbka została uzyskana już 11 stycznia i faktycznie można ją zobaczyć na stronie internetowej amerykańskiego Narodowego Centrum Informacji Biotechnologicznej (oryg. National Center for Biotechnology Information).

Ten ciąg liter, który w ten sposób ujrzysz, odpowiada kolejności nukleotydów łańcucha RNA wirusa. Każdy nukleotyd zawiera zasadę azotową odpowiadającą przedstawionej poniżej literze. Są to kolejno:

  • Adenina (a)
  • Guanina (g)
  • Cytozyna (c)
  • W przypadku RNA uracyl (u)
  • W przypadku DNA tymina (t)

Biorąc pod uwagę to, co powiedzieliśmy wcześniej o RNA, możesz być zaskoczony, że nie zobaczysz ani jednego (u) w genomie koronawirusa. Jest jednak ku temu istotny powód, który zaprezentujemy Ci bardziej szczegółowo w dalszej części tego artykułu.

Od momentu odkrycia SARS-CoV-2 pełne sekwencjonowanie genomu wirusa miało naprawdę ogromne znaczenie.

Być może uznasz także ten artykuł za interesujący: Strach przed koronawirusem: jak zarządzać emocjami

Test PCR wykrywa obecność intruza

Gdy naukowcy przeprowadzą już pomyślnie sekwencjonowanie genomu wirusa, na scenę wkracza test PCR, a konkretniej rzecz biorąc jego skuteczność. Ta technika, która sięga lat 80. XX wieku i oznacza test reakcji łańcuchowej polimerazy, ma na celu amplifikację DNA w badanej próbce.

Tak, tutaj właśnie natrafiamy na pierwszy przejaw sprytu tego nowego wirusa. Otóż koronawirus SARS-CoV-2 nie ma w ogóle DNA, a jedynie samo tylko RNA. Potrzebujemy więc jeszcze bardziej wyrafinowanej techniki: RT-PCR, która przekształca RNA wirusa w DNA.

Próbki krwi

Aby przeprowadzić tę reakcję, niezbędny będzie do tego enzym zwany odwrotną transkryptazą. Cały proces przebiega następująco:

  • W próbce pobranej od pacjenta enzym odwrotnej transkryptazy może „zidentyfikować” wirusowy kod RNA.
  • Dzięki nukleotydom zawartym w mieszaninie reakcyjnej enzym transkryptaza będzie w stanie wygenerować nić DNA komplementarną do RNA wirusa. Możemy porównać ten enzym do „siły roboczej”. Dzięki mapie RNA wirusa i dostępnych nukleotydów, generuje on nową nić, w tym przypadku DNA.
  • Tu na scenę wkracza kolejny enzym, czyli polimeraza. Wtedy dochodzi do rozpoczęcia standardowego procesu PCR. Krótko mówiąc, enzym polimeraza jest kolejnym etapem „siły roboczej”. To właśnie on, wraz z innymi dostępnymi nukleotydami, może wygenerować tysiące kopii transformowanej nici DNA.
  • Naukowcy mogą poddać to amplifikowane DNA różnym technikom badania, aby dowiedzieć się, czy odpowiada ono genotypowi koronawirusa, czy też nie.

Ogólnie rzecz biorąc test PCR jest najbardziej zalecaną przez Światową Organizację Zdrowia (WHO) metodą wykrywania koronawirusa SARS-CoV-2.

Zapewne zaciekawi Cię także nasz inny artykuł: COVID-19: zalecenia dla seniorów podczas kwarantanny

Ujawnienie tożsamości koronawirusa

Po zakończeniu procesu amplifikacji DNA istnieje wiele różnych technik przypisywania go danemu wirusowi lub organizmowi. Jednym z najprostszych sposobów jest elektroforeza w żelu agarozowym. Użyjemy tego rozwiązania jako prostego do zrozumienia przykładu, ale istnieją także o wiele bardziej wyrafinowane sekwencery, które wykonują tę pracę.

Fragmenty DNA mają ujemny ładunek elektryczny. Dzięki temu i poprzez przyłożenie prądu elektrycznego do pudełka z żelem agarozowym, różne fragmenty będą poruszać się wzdłuż tego żelu, podczas gdy inne będą przyciągane przez biegun dodatni.

Możemy to postrzegać jako wyścig. Lżejsze fragmenty DNA przybywają jako pierwsze, a większe docierają tylko do połowy dystansu. Jest to klucz pozwalający na wykrycie koronawirusa. Otóż w żelu tym powstają pasma w różnych odległościach i o różnych długościach.

Spróbujemy zaprezentować Ci hipotetyczny przykład: jeśli matka i dziecko będą miały kilka identycznych fragmentów DNA, wówczas żele agarozowe powinny wykazywać ten sam wzór, potwierdzając w ten sposób ich związek genetyczny.

Oczywiste jest to, że metody wykrywania koronawirusa są bardziej skomplikowane niż pokazany wyżej przykład, ale mamy nadzieję, że to wyjaśnienie nieco ułatwi zrozumienie, jak działa test PCR i jaka jest jego zasadnicza rola w wykrywaniu przyczyny choroby COVID-19.

  • Instituto de Salud Carlos III. (24/03/2020). Pruebas de diagnóstico del coronavirus: ¿qué es la PCR?, ¿qué son los test rápidos? ¿en qué se diferencian?. Recuperado el 3 de abril de 2020 de https://www.isciii.es/InformacionCiudadanos/DivulgacionCulturaCientifica/DivulgacionISCIII/Paginas/Divulgacion/COVID19_PCR_test.aspx
  • SARS-CoV-2. (s.f.). En Wikipedia. Recuperado el 3 de abril de 2020 de https://es.wikipedia.org/wiki/SARS-CoV-2
  • RT-PCR. (s.f.). En Wikipedia. Recuperado el 3 de abril de 2020 de https://es.wikipedia.org/wiki/RT-PCR
  • Biesecke, L. (2020). Reacción en cadena de la polimerasa (PCR). Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano. Recuperado el 3 de abril de 2020 de https://www.genome.gov/es/genetics-glossary/Reaccion-en-cadena-de-la-polimerasa