Dok sam studirao kemiju, da ne kažem za vrijeme cijele profesionalne karijere, negdje mi se u nekom kutku mozga vrtjelo ime Fritza Pregla – no o tom kemičaru i njegovim metodama nisam čuo da bi se igdje u stručnim krugovima govorilo. Još je neobičnije što je Pregl rođen u Ljubljani (no živio je i radio u Grazu) pa bi se i za njega moglo reći da je naše gore list, naravno dok je još postojala Jugoslavija. Godine 1923. nagrađen je Nobelovom nagradom – i to prvom nagradom koja je dodijeljena iz područja analitičke kemije – pa je opet ostao nepoznat kemičarima, da ne govorimo onima koji to nisu.

Pregl je – evo još jedne neobičnosti iz života tog neobičnog čovjeka – bio očni kirurg. I baš kao što se kirurgija oka razlikuje do drugih grana kirurgije po sićušnosti svoga objekta, tako se i Preglova analitička kemija po sićušnosti razlikovala od dotadašnjih njezinih grana: austrijski je nobelovac naprosto minijaturizirao uređaje kojima su se kemičari tada služili. Aparature koje su dotad zauzimale laboratorijski stol sada su mogle stati na dlan. Uzorak potreban za analizu Pregl je od nekoliko grama smanjio na nekoliko miligrama. No sve drugo ostalo je isto. Iste reakcije, isti uređaji. Njegova se analiza, kao i sve tadašnje analize, svodila na vaganje – i bila je upravo onoliko osjetljiva i precizna koliko je bila osjetljiva i precizna laboratorijska vaga.  

Kada Preglove miligrame svedemo na pravu kemijsku mjeru, vidimo da je granica detekcije njegovom metodom iznosila 10¹⁵ do 10¹⁶ molekula, jer toliko ih ima u mikrogramu, najmanjoj masi koju može izmjeriti laboratorijska, analitička vaga. Tako je to bilo prije stotinu godina. A danas…

A danas imamo pandemiju COVID-19 izazvanu koronavirusom ili, točnije, virusom SARS-CoV-2  iz porodice Coronavirinae i roda Betacoronavirus. Njegova virusna čestica sliči na krunu (odatle mu ime), promjera 70 do 140 nanometara, iz koje vire 9 – 12  nm dugi šiljci (spikes). U njoj se nalazi virusni genom, molekula RNA sa svim virusnim genima. I kako sad u uzorku iz nosa otkriti (bez nosa) virusnu RNA?

Odgovor je: na mnogo načina – jer ima mnogo metoda. Pa opet, koliko god ih bilo, sve se one temelje na istoj kemijskoj reakciji, lančanoj reakciji polimerazom (polymerase chain reaction, PCR). Reakcija PCR već se dugo koristi za analizu DNA, posebice u kriminalistici (DNA-test). No u slučaju koronavirusa metoda se morala modificirati jer se genom virusa SARS-CoV-2, kao što sam rekao, ne sastoji od DNA nego od RNA. Stoga treba uključiti još jedan sastojak, enzim kojeg nalazimo samo u virusima, i to ne u svima. Riječ je o reverznoj transkriptazi (RT), enzimu koji prema kalupu RNA sinteritizira DNA. Stoga se koronavirus određuje metodom RT-PCR. A evo kako.

Prvo se iz uzorka izolira RNA. Njoj se se potom doda reverzna transkriptaza da bi nastala kopija virusnog genoma u obliku DNA (tj. komplementarne DNA, cDNA), a zatim enzim za umnažanje DNA, DNA-polimeraza. Uz enzim treba dodati i sve sastojke koji su mu potrebni. Usto se dodaju kopije virusnih gena koje treba detektirati te fluorescentna boja. Kopije virusnih gena vezat će se za molekule cDNA, a da su se molekule povezale otkriva fluorescentna boja koja se specifično veže za njihov kompleks. Rezultat?  Pomijenit će se boja otopine.

Što će dalje biti ovisi o specifičnoj metodi. U najboljoj metodi te vrste, metodi RT-LAMP, uzorak se drži pola sata na temperaturi od 63 ^oC. Da u njemu ima virusne RNA vidi se po promjeni boje, od narančaste u zelenu. Test može istodobno detekirati tri virusna gena, svakog sa sigurnošću od 92 do 99 % – rekli  bismo da je test stopostotno pouzdan kad bi išta na ovom svijetu bilo 100 % pouzdano. No koliko je osjetljiv? Najmanja količina virusne RNA koja se može ovom analizom iznosi samo jedan femtogram, 1 fg, a to znači 10^-15 grama. Prisjetimo li se da najveća osjetljivost klasičnih analitičkih metoda, temeljenih na vaganju, iznosi oko 1 μg (10^-6 g), vidimo da ih metoda RT-LAMP nadmašuje 10⁹ (milijardu!) puta. Za njom po tome ne zaostaju ni druge metode temeljene na reakciji polimeraza i transkriptaza.

No vratimo se na kemijske mjere. Za analizu treba uzeti tek jedan mikrolitar uzorka, a u njemu ne treba biti više od 10 molekula RNA. Ili, drugim riječima, koncentracija virusne RNA ne treba biti viša od jednog femtomola po litri (10^-15 mol/L). Time je kemijska analiza došla praktički do granice od jedne molekule. Dalje se od toga ne može ići.

Nenad Raos, rođen 1951. u Zagrebu, je kemičar, doktor prirodnih znanosti i znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, sada u mirovini. Autor je i koautor više od stotinu znanstvenih i stručnih radova iz područja bioanorganske i teorijske kemije, molekularnog modeliranja te povijesti kemije i komunikacijskih vještina u znanosti. Sedam je godina bio glavni i tehnički urednik časopisa Priroda, a danas je urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji. Koautor je dva sveučilišna udžbenika i autor 13 znanstveno-popularnih knjiga. Nagrađen je Državnom godišnjom nagradom za promidžbu i popularizaciju znanosti 2003. godine.