Biologia de los microorganismos (515)

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340 G E N Ó M I C A , G E N É T I C A Y V I R O L O G Í A
La PCR es una herramienta poderosa que ha revolucionado 
toda la biología. Es fácil de realizar, extremadamente sensible, 
específica y muy eficaz. Durante cada ciclo de amplificación 
la cantidad de DNA diana original se duplica, lo que provoca 
un aumento exponencial en el DNA. En la práctica se realizan 
normalmente de 20 a 30 ciclos, lo que produce un aumento en 
la secuencia diana de 106 a 109 veces (Figura 11.5d). En pocas 
horas, se pueden obtener grandes cantidades de DNA a partir 
de unas pocas moléculas diana en una máquina automática para 
PCR llamada termociclador. Mediante cebadores específicos de 
unos 15 nucleótidos y temperaturas de hibridación altas, la PCR 
es tan específica que prácticamente no hay uniones inespecífi-
cas de los cebadores y por tanto el DNA amplificado es prácti-
camente homogéneo.
PCR y polimerasas
Debido a las altas temperaturas necesarias para desnaturalizar 
las copias de doble cadena de DNA in vitro, se utiliza una DNA-
polimerasa termoestable aislada de la bacteria termófila de fuen-
tes termales Thermus aquaticus (  Sección 15.20). La DNA 
polimerasa de T. aquaticus, llamada polimerasa Taq, es estable 
a 95 °C y, por tanto, no se ve afectada por la fase de desnaturali-
zación utilizada en la PCR. La DNA-polimerasa de Pyrococcus 
furiosus, un hipertermófilo con una temperatura de crecimiento 
óptima de 100 °C (  Sección 16.4) se llama polimerasa Pfu y 
es aún más termoestable que la polimerasa Taq. Además, a dife-
rencia de la polimerasa Taq, la polimerasa Pfu tiene actividad de 
corrección de errores (  Sección 4.6), lo que hace de ella una 
enzima especialmente útil cuando resulta crucial una alta preci-
sión. Así, la frecuencia de error de la polimerasa Taq en condi-
ciones estándar es de 8,0 × 10‒6 (por base duplicada), mientras 
que la de la polimerasa Pfu es de solo 1,3 × 10‒6. Para satisfa-
cer la demanda de DNA polimerasas termoestables en el mer-
cado, los genes de estas enzimas se han clonado en Escherichia 
coli para poder producir estas enzimas en grandes cantidades.
Aplicaciones de la PCR
La PCR es extremadamente valiosa para obtener DNA para 
la clonación de genes o con fines de secuenciación, porque el 
gen o los genes de interés se pueden amplificar fácilmente si se 
conocen las secuencias que los flanquean. También se utiliza 
rutinariamente en estudios comparativos o filogenéticos para 
amplificar genes de diversas procedencias. En estos casos, se 
producen comercialmente los cebadores para regiones del gen 
cuya secuencia está conservada en una gran variedad de orga-
nismos. Por ejemplo, como el rRNA 16S, una molécula utilizada 
en análisis filogenéticos tiene regiones muy conservadas y otras 
muy variables (  Sección 12.5), los cebadores específicos para 
el gen del rRNA 16S de varios grupos taxonómicos se pueden 
sintetizar y utilizar para analizar diferentes hábitats en busca de 
grupos específicos de organismos. Esta técnica se usa mucho en 
ecología microbiana y ha demostrado la enorme diversidad del 
mundo microbiano, gran parte del cual aún no se ha cultivado 
(  Sección 18.5).
Al tratarse de una técnica muy sensible, la PCR se puede 
utilizar para amplificar cantidades muy pequeñas de DNA. 
Por ejemplo, se ha utilizado para amplificar y clonar DNA de 
procendencias tan variadas como restos humanos momifica-
dos y plantas y animales fosilizados. La capacidad de la PCR 
1. El DNA molde se desnaturaliza por calor.
2. Se añaden, en exceso, dos cebadores de oligonucleótidos
de DNA artificiales, que flanquean la secuencia diana en
cada cadena. Esto garantiza que al enfriarse la mezcla la
mayoría de las cadenas molde se aparean con un cebador
y no entre sí (Figura 11.5a).
3. A continuación, la DNA-polimerasa extiende los cebado-
res usando el DNA original como molde (Figura 11.5b).
4. Tras un período de incubación adecuado, la mezcla se
calienta de nuevo para separar las cadenas, pero ahora
la secuencia diana está presente en el doble de la canti-
dad original. Después, la mezcla se enfría para permitir
la hibridación de los cebadores con las regiones comple-
mentarias del DNA recién sintetizado, y se repite todo el
proceso (Figura 11.5c).
Figura 11.5 Reacción en cadena de la polimerasa (PCR). La PCR 
amplifica secuencias específicas de DNA. (a) Se calienta el DNA diana para 
separar las cadenas, y se añade DNA polimerasa junto con dos oligonucleótidos 
cebadores en exceso, uno complementario a cada cadena. (b) Después del 
primer apareamiento, la extensión del cebador proporciona una copia del DNA 
bicatenario original. (c) Dos ciclos más de PCR producen cuatro y ocho copias, 
respectivamente de la secuencia original de DNA. (d) Efecto de correr 20 ciclos 
de PCR en una preparación de DNA que originalmente contenía diez copias del 
gen diana. Obsérvese que la gráfica es semilogarítmica.
Extensión del cebador
Calor Cebadores
DNA 
polimerasa
Repetición del ciclo
Repetición del ciclo
Secuencia diana
Ciclo
de PCR
0 1
1 2
3 8
2 4
10
102
103
104
105
106
107
108
2 4 6 8 10 12 14 16 18
5′
3′
3′
5′
5′
5′
3′
3′
5′
(a)
(b)
(c)
(d)
C
o
p
ia
s
 d
e
 l
a
 s
e
c
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c
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 d
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n
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Números de ciclos de PCR
+
20
Copias de la 
secuencia
diana
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