Los misterios de la herencia: ADN y ARN.

La Química del Siglo XX

Rolando Delgado Castillo


El siglo XIX había demostrado que las ciencias estaban incubando el asalto a los misterios de la herencia. Las primeras leyes que explican el mecanismo de transmisión de las características de los progenitores a sus descendientes salió a la luz  (o a la penumbra) en un artículo publicado por el monje checo Gregor Mendel en un Boletín de la Sociedad de Ciencias Naturales de Brno. Corría el 1866 cuando sus "Experimentos con plantas híbridas" debieron estremecer a la comunidad científica con su deducción de que cada uno de los caracteres del organismo está determinado por un par de factores, que son aportados por cada progenitor. Tales "unidades hereditarias" no se mezclan sino se transmiten con toda la información sólo que uno de los factores resulta dominante sobre el otro. Sin embargo, tan trascendentales conclusiones, que significaban la apertura a un nuevo horizonte del conocimiento humano, el área de la genética,  no fueron "registradas" por la comunidad científica hasta principios del siglo XX. [1]     

 

Bien diferente fue la suerte corrida por la obra de Charles Darwin (1809 - 1882) "El origen de las especies y la selección natural" cuya publicación en 1859 se agotó el primer día que salió a la calle.  Se ha dicho que el pensamiento moderno está unido al evolucionismo de Darwin.  Variabilidad  y herencia he ahí las dos cuerdas tocadas con ingenio por Darwin y Mendel para sentar las bases de la ciencia de la Genética en el XX.

 

Más temprano que tarde los “factores” hereditarios mendelianos y la evolución darwinista de las especies debían conectarse con la teoría celular edificada en 1838 - 1839 por el botánico Matthias J. Schleiden (1804 – 1881) y el naturalista Theodor Schwann (1810 – 1882). Si la célula actúa como unidad de estructura y función del organismo, implícitamente debe ser portadora del material hereditario.

 

Los estudios iniciales sobre la constitución química del núcleo de las células corrió a cargo de dos discípulos inspirados por ese fundador de la fisiología química que fuera Ernest F. Hoppe Seyler (1825 – 1895).  La mayor parte de su obra científica fue desarrollada en la Universidad de Tübingen  y dirigida al estudio de las características químicas y ópticas de la hemoglobina. [2]


Se ha afirmado que el químico suizo Friedrich Meischer en correspondencia con su tío en 1892, comenta que la nucleína era una molécula muy grande y compleja, cuyo isomería podía proporcionar un número suficiente de moléculas, de acción diferente, portadoras de innumerables características hereditarias. En una analogía que hoy causa asombro apunta que esta transmisión química, podría compararse con la variedad de un idioma que encuentra como expresión la combinación de una veintena de letras.  Semejante símil no entró en el repertorio de ideas de la comunidad científica hasta que más de medio siglo después el físico y filósofo austríaco  Erwin Schrödinger (1887- 1961) introdujera el concepto de código genético. Imagen: www.laskerfoundation.org/rprimers/gnn/timeline/1869a.html


En la década de los sesenta ingresa en el laboratorio de Hoppe Seyler el  joven químico suizo Johann Friedrich Miescher (1844-1895) y pronto se siente atraído por la naturaleza química del material nuclear contenido en las células de la sangre, cuya composición investigaba su mentor. A la suerte unió Miescher el talento para comprender que los leucocitos de la sangre constituían un excelente material para analizar los núcleos pues dichas células presentaban núcleos relativamente grandes y   que el pús de los vendajes quirúrgicos de una clínica de Tubinga, constituían una excelente fuente de estas células.

 

Así, en 1868, Miescher descubre en el núcleo de las células de los glóbulos blancos, una sustancia de naturaleza ácida  rica en fósforo y nitrógeno compuesta por moléculas muy grandes, a la que nombra nucleína. No se había reportado hasta entonces ningún componente químico celular con esta naturaleza y Hoppe-Seyler no le permitió publicar sus resultados hasta tanto él mismo no los reprodujo en el laboratorio [3]. En 1889 el patólogo alemán Richard Altmann (1852 –1900), discípulo de Miescher,  lograba separar por vez primera las proteínas de la “nucleína”, llamando a la nueva sustancia, ácido nucleico.

 

También bajo la inspiración de  Hoppe Seyler, se abrió paso la investigación conducida desde fines de los años setenta por el químico-fisiólogo alemán Albrecht Kossel (1853-1927) sobre la constitución química del núcleo de la célula. Kossel descubre que las nucleoproteínas contienen una parte proteica y otra no proteica y precisamente en esta última, donde se encontraban los ácidos nucleicos, halló las bases heterocíclicas  nitrogenadas de la adenina y la timina. Por estas investigaciones recibió en 1910 el Premio Nobel de Fisiología y Medicina [4]. 

 

Por la década de los ochenta el médico alemán Walther Flemming (1843 – 1905) era uno de los pioneros en la investigación de las estructuras nucleares de la célula. Su objetivo era bien diferente a los planteados por Miescher o Kossel, su misión era revelar qué ocurría en las estructuras del núcleo durante la división celular. Como asistente del químico-fisiólogo Willy Kuhne (1837 – 1900), en el Instituto de Fisiología de Ámsterdam,  Fleming aplicó los colorantes derivados de la anilina,  sintetizados en el verano de 1856 por William H. Perkin (1838 – 1907), para la tinción de células, y pudo observar al microscopio la existencia en el núcleo de estructuras en forma de cintas, que absorbían fuertemente el colorante, a las cuales nombró cromatina.


La cromatina de Fleming, ese complejo estructural filiforme investigado bajo el paradigma del microscopio y las nuevas técnicas de tinción, fue pronto sometido a estudio por otros investigadores y en 1889 es rebautizado con el término de cromosoma por el citólogo alemán Wilhelm Waldeyer (1836-1921), discípulo de quién fuera considerado padre de la histología, Friedrich G. J. Henle (1809 -1885).

Con Fleming y Waldeyer la teoría cromosómica de la herencia está tocando a las puertas del conocimiento humano.

Imagen: www.laskerfoundation.org/news/gnn/timeline/1882a.html


Lo más trascendente del hallazgo de Flemming fue revelar en 1882 que durante la mitosis celular tales cintas se dividen longitudinalmente en dos mitades idénticas. Se ofrecía el primer resultado experimental que acusaba la existencia de estructuras en el núcleo que se detectaban y se segregaban en pares a las células hijas durante la división celular.[5]  Especialmente útil habría sido para el médico alemán  haber contado con los resultados de Mendel y relacionar sus factores con las mitades de las estructuras en cintas pero esta posibilidad no fue dada entonces por la historia.  

 

Más de diez años debieron pasar antes de que los cromosomas fueran considerados como el soporte físico de las unidades hereditarias o factores mendelianos. Las bases de la teoría cromosómica de la herencia nacerían en la frontera del siglo XX de modo independiente en Estados Unidos y en Alemania, siendo desarrolladas por Walter Sutton (1877 – 1916) y Theodore Boveri (1862 –1915). [6]

 

Pronto aparecería el término de gene para expresar las unidades discretas que definen los patrones de herencia de la pluma del farmacéutico danés Wilhelm Johannsen (1857 – 1927) en uno de los libros fundacionales de la teoría hereditaria  “Los elementos de la herencia” (1905). Johannsen que diera sus primeros pasos en el departamento de Química del laboratorio Carlsberg bajo la dirección del famoso químico Johan Kjeldahl (1849-1900), realiza una aportación sobresaliente a la naciente ciencia con la distinción que logra hacer entre el genotipo (expresión de la constitución genética del organismo) y el fenotipo (características de un organismo que resultan de la interacción de su genotipo con el ambiente). [7]

 

La tarea sentenciada por el británico William Bateson (1861 – 1926), otro de los principales arquitectos de la ciencia emergente de la genética, de que “como el químico estudia las propiedades de cada sustancia química, así deben ser estudiadas las propiedades de los organismos y su composición determinada” es misión que se abre  camino con dificultad por la complejidad estructural de las sustancias involucradas en la fisiología celular. [8]

 

El grupo de la Drosophila (mosca del vinagre) de la Universidad de Columbia, bajo la dirección del genetista estadounidense Thomas Hunt Morgan (1866 1945) cierra un primer estadio de la teoría de la herencia cuando descubre en 1909 la relación entre los caracteres hereditarios y el sexo. Alfred Henry Sturtevant (1891-1970), alumno de Morgan, deduce en 1913 que los genes deben colocarse de forma lineal sobre el cromosoma ocupando sitios específicos dentro de los mismos, y elabora el primer mapa genético de un organismo: la mosca del vinagre. [9]


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Nadie aportó tanto al desarrollo inicial de las investigaciones en el campo de las mutaciones genéticas inducidas como el investigador estadounidense Hermann Joseph Muller (1890-1967). Condujo sus investigaciones con ese organismo ideal para los estudios genéticos que es la mosca del vinagre, con sólo 4 pares de cromosomas, cromosomas gigantes en las células de las glándulas salivares y un ciclo reproductivo de sólo dos semanas. 

Muller fue un divulgador incansable de los peligros que entrañaban las radiaciones nucleares por concepto de las mutaciones irreversibles que podrían engendrar en los genes de la especie humana. [10]   


Más adelante en 1915 publican el libro “El mecanismo de la herencia mendeliana” que sienta definitivamente las bases de la herencia fenotípica. A partir de entonces las investigaciones se orientan hacia el campo de las mutaciones, la química de la transmisión de los caracteres y la base molecular de la herencia.        

 

El joven médico de origen ruso, Phoebus Levene (1869 - 1940), quien más tarde encabezaría el laboratorio de Bioquímica del Instituto Rockefeller para la Investigación Médica, trabajó desde 1896 hasta 1905 en los laboratorios de los grandes químicos alemanes Kossel y Emil Fischer, pioneros en los estudios sobre ácidos nucleicos y proteínas, respectivamente. Allí comprobó en 1900 que la nucleína se encontraba en todos los tipos de células animales analizadas. Más adelante, en 1909,  puso de manifiesto que los ácidos nucleicos estaban compuestos de ácido fosfórico, una pentosa y las bases nitrogenadas.

 

Levene demostró que la pentosa que aparecía en la nucleína de levadura era ribosa, pero tuvo que esperar hasta 1929 para identificar como desoxirribosa la pentosa aislada del timo de los animales. Esta diferencia le hizo proponer que la nucleína de los animales era el nucleato de desoxirribosa —hoy en día llamado ácido desoxirribonucleico o DNA—, mientras que los vegetales contenían nucleato de ribosa —ácido ribonucleico o RNA—. Pronto se demostró  que era incorrecta su propuesta de que los cromosomas vegetales eran de RNA y los animales de DNA.

 

Levene propuso en 1926 un modelo para la conformación de los ácidos nucleicos: el tetranucleótido plano. El modelo del tetranucleótido de Levene implicaba que los ácidos nucleicos estaban formados por planos apilados, que constaban de cuatro pentosas que exponían hacia el exterior las bases nitrogenadas (que van unidas por un enlace glucosídico a la pentosa); las pentosas se unen entre sí por fosfatos a través de enlaces fosfoéster. Esta estructura respondía a los resultados sobre la composición de los ácidos nucleicos y la naturaleza de los enlaces covalentes que los componen.[11]


A partir del modelo del tetranucleótido plano propuesto por Levene se deducía que los ácidos nucleicos eran moléculas muy monótonas, casi invariables, extremadamente rígidas. Por tanto, se descartaron rápidamente como el tipo de molécula capaz de transmitir la información genética, y la comunidad investigadora se centró en el estudio de las proteínas como moléculas portadoras de la herencia.

Levene era un científico muy influyente en su época, y su opinión era poco menos que indiscutible. No obstante conviene destacar que colegas y discípulos lo recuerdan ante todo por sus virtudes, el ser un gran maestro que combinaba generosidad, apoyo  y entusiasmo con su experiencia y conocimiento. Al morir no se había aclarado aún el significado genético del ADN.

Imagen: www.modares.ac.ir/elearning/mnaderi/Genetic%20Engineering%20course%20II/Pages/history_of_genetics5.htm


La estructura de los virus esos microorganismos que tal vez resulten la primera pieza de la vida, y que tantas víctimas ha cobrado a la humanidad, era investigada en el Instituto Rockefeller para la Investigación Médica por el bioquímico estadounidense Wendell Meredith Stanley (1904-1971). En 1935 Stanley descubre la importancia del ácido ribonucleico en la actividad del virus. Al lograr la cristalización del virus del mosaico del tabaco, de estructura anormalmente alta, descubre que estaba compuesto por proteínas y ácido ribonucleico. Luego, al aislar el ácido ribonucleico de la envuelta proteica fue capaz de demostrar que era el ácido nucleico el responsable de la actividad del virus. En 1946, Stanley comparte el premio Nobel de Química con sus colegas John H. Northrop y James B. Sumner. Afirman que este descubrimiento constituyó el nacimiento de la virología, también es un hito en la aproximación hacia los ácidos nucleicos como responsables de la transmisión hereditaria. [12]

 

Nuevos descubrimientos vendrían de las investigaciones en el reino de las bacterias. Los investigadores se proponían el desarrollo de una vacuna contra la neumonía pero por el camino el microbiólogo británico  Frederick Griffith (1881-1941) lanzó una hipótesis alarmante. Los resultados de su investigación en 1938  sugerían que una sustancia activa era transferida, en determinadas condiciones, desde bacterias muertas hacia bacterias vivas modificando sus características hereditarias.

 

Griffith había caracterizado dos cepas del Streptococcus peumoniae. Una cepa que formaba colonias lisas y presentaba de una cápsula envolvente, (la cepa S atendiendo al inglés, smooth: lisa) desarrollaba, al ser inoculada, la enfermedad en ratones. La segunda cepa, de colonias rugosas (cepa R) y que no exhibía  cápsula circundante no causaba la neumonía. Pero al combinar la cepa S muerta con la cepa R viva a temperaturas convenientes, e inyectar esta mezcla, los ratones morían. De ellos podían extraerse colonias de células de la cepa S y nuevas generaciones de tales células mantenían su actividad.

  

Este fenómeno de transformación de las características hereditarias en organismos simples como las bacterias ha sido reconocido como el primer paso que dio el hombre en la senda de la Biología molecular. El investigador que abrió esta nueva era murió en su laboratorio, víctima de los bombardeos que sufrió Londres por la Alemania hitleriana una noche de 1941, cuando no acudió al llamado de la sirena de alarma área, acaso inmerso en su trabajo. De esta manera la Guerra le impidió ver y contribuir al desarrollo de los nuevos resultados que emergieron como consecuencias de su principio transformante de los neumococos. [13]


La publicación de Avery, MacLeod y  McCarty en que anuncian al mundo científico que el factor transformante de Griffith no es otro que el ADN parece técnicamente irreprochable. Sin embargo esta  evidencia experimental no fue suficiente para convencer a la comunidad científica de que los genes eran ADN y no proteínas. Avery había cumplido ya los 67 años, pero logra asistir con vida a las experiencias definitivas de Hershey ocho años más tarde. De cualquier modo, sus trabajos actuaron como detonante del desarrollo explosivo y fascinante de la Biología Molecular.

Imagen: profiles.nlm.nih.gov/CC/Views/Exhibit/narrative/discovery.html


 

Tratar de identificar la sustancia transformadora propuesta por Griffith parecía el siguiente desafío que deberían encarar los investigadores. Durante la década de 1940, el inmunoquímico estadounidense Oswald Theodore Avery  (1877-1955), junto con sus colegas Colin M. MacLeod (1909-1972) y Maclyn McCarty (1911-2005) en el Instituto Rockefeller de Investigación Médica, llevaron a cabo los experimentos que demostraron  que era el ADN, y no otras posibles sustancias como el ácido ribonucleico (ARN) o las proteínas, el que transmitía las características de una cepa bacteriana a otra. 

 

Apreciemos en apretadas líneas como Avery y sus colaboradores abordan el problema. Mediante el empleo de las refinadas técnicas preparativas desarrolladas por Colin M. MacLeod fue posible aislar el principio transformante biológicamente activo de muestras de pneumococos. A continuación se  trató el factor transformante aislado con proteasas, aquellas enzimas que desnaturalizan las proteínas, y luego con lipasas,  para destruir los lípidos, sin que resultara inactivado. El análisis demostraba que el factor  era rico en ácidos nucleicos pero el tratamiento con la ribonucleasa, enzima destructora de los ácidos ribonucleicos tampoco producía su inactivación. Si se tratara de un carbohidrato como el material capsular polisacárido entonces no precipitaría en alcohol como lo hace el factor transformante. El alcohol era un reconocido precipitante del ADN, lo que unido a que daba positivo el ensayo de Dische para el ADN, y que la sustancia transformante tenía un muy alto peso molecular como correspondía al ADN, eran pruebas irrefutables de que el ADN era el responsable de producir los cambios permanentes hereditables.[14]

 

Simultáneamente con los esfuerzos por descubrir la identidad de la sustancia responsable de la herencia, corrían los estudios químicos por revelar la constitución del ácido desoxirribonucleico.

 

En 1942, estudiando las cuatro bases químicas del ácido desoxirribonucleico (ADN) —adenina, guanina, timina y citosina—, Alexander Robertus Todd (1907-1997), químico escocés, galardonado con el Premio Nobel de Química en 1957,  encabezó el equipo que definió el modo en que las moléculas del azúcar y los grupos fosfato actúan con estas bases para formar nucleótidos, componentes básicos del ADN. A partir de los experimentos de Todd se sabe que cada nucleótido consta de tres partes: un azúcar llamado desoxirribosa, un grupo fosfato y una de cuatro posibles bases: adenina, timina, guanina o citosina; está el terreno abonado para la identificación eventual de la estructura del ADN. [15]


www.nobelpreis.org/

chemie/todd.html

El químico inglés A. Todd se destacó en diversas áreas de los compuestos naturales. Sus aportaciones fueron decisivas para lograr la producción comercial de las vitaminas A y E. A Bajo la dirección de Todd se desarrollaron las investigaciones que descifraran  la estructura de la pieza elemental del edificio que caracteriza a los ácidos nucleicos, con lo cual quedaba fertilizado el camino hacia el descubrimiento de su cadena polinucleótida.  Durante la II Guerra Mundial, Todd encabezó los estudios dirigidos hacia el desarrollo y la producción de agentes destinados a la guerra química, uno de los cuales fue el difenilaminocloroarsina,  un gas estornutatorio, similar al gas lacrimógeno, que obliga a estornudar por irritación de la nariz y de las fosas nasales. También fundó una fábrica para elaborar armas que utilizaran gas mostaza, un grupo de compuestos químicos que abrasan la piel y dañan el sistema respiratorio. Por sus servicios a la Corona británica recibió el título de sir en 1954 y de lord en 1962.


Cuando en 1946, el bioquímico estadounidense de origen checo Erwin Chargaff (1905- 2002) descubrió que el número de unidades de adenina era igual al número de unidades de timina y que el número de unidades de guanina era igual al numero de unidades de citosina estaba fundamentando el llamado principio de complementariedad de las bases  que iluminara el descubrimiento de la estructura tridimensional del ADN. El propio Chargaff se encargó de explicar los condicionantes instrumentales que permitieron su trascendental hallazgo: la introducción de la cromatografía de papel para la separación de aminoácidos, la producción comercial de excelentes espectrofotómetros,  y la posesión por las purinas y las pirimidinas de espectros de absorción específicos y característicos en la región del ultravioleta. [16]

 

La evidencia experimental aportada por Avery y colaboradores identificando el ADN como el principio transformante no fue suficiente para convencer a la comunidad científica de que los genes eran ADN y no proteínas. Tuvieron que pasar ocho años más hasta que Alfred D. Hershey (1908 – 1997) y Martha Chase (1928 – 2003) en 1952, utilizando bacteriófagos marcados con los isótopos radioactivos S-35 o P-32 (el azufre como elemento químico propio de las proteínas y el fósforo del ADN) demostraron que en el proceso de infección solamente penetraba en la célula bacteriana el ADN viral y puesto que en la misma se producía la formación de partículas virales era una evidencia irrefutable de que el ADN viral llevaba la información genética responsable de la síntesis de los compuestos proteicos que constituyen la cápside del virus. Es decir, los genes son ADN. A partir de este experimento la comunidad científica abandonó definitivamente su postura en favor de las proteínas y tuvo que valorar positivamente los datos experimentales que ocho años antes habían obtenido Avery, MacLeod y McCarty. En 1969, Hershey compartió el premio Nobel de Fisiología y Medicina con Salvador E. Luria (1912- 1991) y Max Delbrück (1906 -1987) “por sus descubrimientos en relación con el mecanismo de replicación y estructura genética de los virus”. [17]

 

Una vez aceptado el significado genético del ADN, el paso obligado siguiente era determinar la estructura que explicara las propiedades mágicas de la replicación y la mutación. Los nombres de dos científicos británicos y un estadounidense se enlazan en el trascendental descubrimiento de la estructura de doble hélice del ácido desoxirribonucleico. Sin embargo son muchos los que reclaman un merecido espacio a un nombre de  mujer: la prematuramente desaparecida Rosalind Franklin.


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A fines de 1951 Rosalind Franklin había obtenido los espectros más nítidos  del ADN hasta la fecha, y de acuerdo con una práctica reconocida presentó en una conferencia en el King’s College sus resultados. Su interpretación de los datos espectrales conducían a una estructura molecular formada por dos o cuatro cadenas helicoidales entrelazadas, integradas por azúcares y fosfatos, con bases nitrogenadas orientadas hacia la parte interior de la hélice.  La historia del descubrimiento de la estructura del ADN concluye con los aplausos recibidos por el trío integrado por Wilkins, Crick y Watson. Rosalind, que víctima de un cáncer muere prematuramente con 34 años, se ha considerado un ejemplo de la discriminación de la mujer en el campo de la ciencia aún en época tan reciente como la segunda mitad de este siglo.  [18] 


El físico británico Francis H. C. Cricks (1916-  ) y el bioquímico estadounidense James D. Watson (1928- ) coincidieron en los primeros años de los cincuenta en el Laboratorio Cavendish de Cambridge. Contaban en el arsenal de antecedentes con el descubrimiento del principio de complementariedad de las bases nitrogenadas experimentalmente establecido por el químico checo Erwin Chargaff (1905- 2002), los modelos de estructura helicoidal propuestos para las proteínas por Linus Pauling (1901 – 1994), y las imágenes de los espectros de difracción de rayos X obtenidos por Maurice Wilkins (1916-), y sobre todo por la química – física Rosalind Franklin (1920 – 1958).[19]

 

La integración de estas fuentes con una imaginación creativa desbordante lo llevaron a publicar en 1953 dos artículos en par de meses.  El primer artículo de algo más de una página fue publicado por la revista “Nature” en la que describían el modelo estructural de la doble hélice y luego un segundo “Implicaciones genéticas de la estructura del ácido desoxirribonucleico” en el que justifican cómo el modelo propuesto es capaz de explicar dos propiedades fundamentales del material hereditario: la de conservarse a sí mismo (replicación) y la de cambiar (mutación) [20]. En 1962 Crick, Watson y Wilkins compartieron el premio Nobel de Fisiología y Medicina. La evolución de los acontecimientos luego de sus publicaciones ratifica la importancia de la teoría para alumbrar la práctica. Se tornaba más claro y firme el despegue de la ingeniería genética.[21a,b]

 

A pocos años del descubrimiento de la estructura del ADN, se estaba intentando  obtenerlo en el laboratorio con la ayuda de las correspondientes enzimas. El bioquímico español Severo Ochoa (1905-1993) dio el primer paso hacia el camino de sintetizar in vitro un ácido nucleico cuando logra aislar la polinucleotidofosforilasa, enzima capaz de sintetizar ácidos ribonucleicos y poco después consigue en 1955 por vez primera en la historia la síntesis de un ácido nucleico.    

 

Arthur Kornberg (1918- ), bioquímico estadounidense que fuera discípulo de Ochoa en la  Universidad de Nueva York, investiga en  la Universidad Washington la manera de sintetizar una forma artificial de ADN  en el laboratorio y lo consigue en 1956 pero resulta biológicamente inactivo.


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Har Gobind Khorana (1922- ), nacido en Raipur, India, a los 23 años se doctoró en Medicina  por la Universidad de Punjab y en 1948 obtuvo el doctorado en Química por la Universidad de Liverpool.   Tres años más tarde, durante una estancia en la Universidad de Cambridge, inicia sus investigaciones sobres los ácidos nucleicos bajo la dirección de sir A Todd. Trasladado a la Universidad de la Columbia Británica en Canadá establece su grupo de investigación en la sección de Química Orgánica de esta institución durante ocho años.   Recibió en 1968, junto a los bioquímicos estadounidenses Robert Holley (1922-1983) y Marshall Nirenberg (1927-  ) el premio Nobel de Medicina por sus estudios independientes sobre el código genético. Dos años  después Khorana y su equipo lograron otro descubrimiento trascendental: por primera vez sintetizaron una copia totalmente artificial de un gen de levadura. [22]


En 1967 Kornberg dirigió en Stanford un equipo que fue un paso más allá respecto a su anterior hallazgo, la síntesis del ADN en estado biológicamente activo fue posible. Para cumplir esta empresa debió aislar y purificar una enzima conocida como DNA polimerasa que en combinación con ciertos bloques de nucleótidos producía en un tubo de ensayos precisas réplicas de cortas moléculas de DNA conocidas como primarias.  En 1959, Ochoa y Kornberg compartieron el premio Nobel de Fisiología y Medicina.[23]

 

Entre 1960 y 1966, tienen lugar las investigaciones que descifran el código genético que utilizan todas las células vivas para traducir la serie de bases de su ADN en instrucciones para la producción de proteínas.

 

Una posición relevante en estas investigaciones ocupan los trabajos del químico hindú Har Gobind Korana (1922- ). Sus estudios contribuyeron a comprender que el código genético viene determinado por el orden que ocupan las bases adenina, timina, guanina y citosina en la escalera de ADN. Por lo general, cada sección de esta escalera tiene una secuencia única de pares de bases. Como un gen no es más que una de estas secciones, posee también una secuencia única, que puede utilizarse para diferenciar unos genes de otros y fijar su posición en el cromosoma.

 

El asalto posterior se dirigía hacia la estructura interna de los genes, y los mecanismos de transcripción y síntesis de las proteínas. Una aportación significativa en estas direcciones fue hecha a mediados de los setenta por el biofísico Walter Gilbert (1932-   ) y el bioquímico Frederick Sanger (1918-  ).  Ellos enfrentaron de manera independiente el problema de desarrollar un método de secuenciación, es decir, determinar la secuencia exacta de las bases púricas y pirimidínicas en el ADN.[24] 

 

Gilbert no sólo encontró las sustancias que rompen selectivamente el enlace  nucleótido de acuerdo con la base que porta sino también ideó el método de separar por cromatografía de filtración por gel los fragmentos del ADN que iba obteniendo para luego obtener sus imágenes en el material adecuado. Así se consiguió un mapa completo del orden de las bases de la cadena original de ADN. Gilbert ha jugado un papel protagónico en el colosal empeño de determinar la secuencia de los 3.120 millones de pares de bases del ADN humano, el llamado Proyecto Genoma Humano.

 


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A los 25 años Walter Gilbert (1932-   ) realizó su doctorado en Cambridge  bajo la supervisión del físico pakistaní Abdul Sadam, sobre complejos problemas de la Física Teórica. Por estos tiempos conoció,  al joven Watson  y luego en el verano de 1960 decide unirse al grupo de Watson que por entonces investigaba los complejos mecanismos de traducción del ARN mensajero en la síntesis de proteínas. A mediados de los sesenta Gilbert es el primero en aislar un represor, proteína producida por un gen de una bacteria para detener en un segundo gen la producción de un producto no deseado. Esta función de control había sido definida genéticamente por Jacob y Monod pero un represor es producido en tan pequeñas cantidades que había resultado imposible identificarlo. Gilbert ha sido uno de los primeros en desarrollar las vías para producir las cepas de bacterias manipuladas genéticamente para sintetizar la insulina.


Sanger y Gilbert merecieron el premio Nobel de Química en1980, para Sanger fue el segundo premio Nobel en Química, el primero en 1958 le fue conferido por sus trabajos en la síntesis de la primera proteína obtenida en el laboratorio, la insulina.

 

Las invenciones de ambos científicos, los descubrimientos  de las enzimas de restricción, que cortan por sitios específicos la cadena del ADN, por Hamilton Smith (1931- ) y la técnica de la reacción en cadena de la polimerasa, que permitía el desarrollo en el laboratorio de la replicación rápida de secuencias cortas y específicas del ADN, por Kary Mullis (1944- ) (estos últimos descubrimientos son analizados en el tema de las enzimas) constituyeron las premisas para el sucesivo análisis de los genes de diversas especies.

 

En 1975 se demostró que las secuencias de aminoácidos de los seres humanos y los chimpancés son idénticas en un 99%. Y en 1977 se completó la primera secuenciación de un genoma completo, el de un virus bacteriófago. 

 

James Watson encabeza, en 1988, el proyecto de secuenciar el genoma humano. Tal como él mismo lo describiría, “es un proyecto tan ambicioso como el Apolo, que llevó al hombre hasta la Luna en 1969, pero mucho más barato” [25]. El proyecto se pone en marcha en 1990, año en que nace el primer mamífero transgénico: una vaca que produce proteínas de la leche materna humana. En 1994 se comercializa en California el primer alimento transgénico, resultante de la manipulación genética de plantas, el tomate que tarda más tiempo en deteriorarse. En 1995 se secuencia por primera vez el genoma de una bacteria. Tres años después el equipo del Proyecto Genoma Humano presenta un mapa que incluye 30.000 genes. En el 2000 se descifra definitivamente el genoma humano y los mapas genéticos de los cromosomas 5, 16 y 19 [26].

 

El derribo de las barreras naturales de los cruzamientos que alcanza incluso a la clase animal de mayor nivel de desarrollo, los mamíferos, augura, si estas técnicas son racionalmente empleadas, el mejoramiento de las especies, la posible utilización de los organismos como biorreactores que codifiquen la síntesis controlada de  productos valiosos como enzimas, hormonas, vacunas y otros medicamentos.  Estos logros que podrían parecer violatorios de una sagrada bioética permitirán entre otros progresos trascendentes en el campo de la medicina, el desarrollo de una terapia génica personalizada que ofrecerá máxima compatibilidad entre medicamento y  paciente, y la utilización de animales como donantes de órganos, libres de todo mecanismo de rechazo en el individuo receptor [27].


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Frederick Sanger (1918- ), bioquímico británico, mereció el premio Nóbel de Química en dos ocasiones. La primera vez se le otorga en 1958 por su original método para determinar la estructura de la hormona proteica conocida como insulina.  

La última, en 1980, se debió al hallazgo de un método rápido para determinar la secuencia nucleótida de los ácidos nucleicos con lo cual se iniciaba el desarrollo de la Ingeniería Genética. 

¿Prevalecerán las normas éticas impulsadas por una opinión pública o se impondrán los intereses de monopolios guiados por el lucro en la aplicación de los logros de la Biotecnología?  


 

La opinión pública ha expresado su inquietud por las controvertidas  consecuencias éticas, jurídicas y sociales que se derivan del control genético. No sin razón crecen los sectores que se oponen a patentar para uso comercial las secuencias de genes humanos. Deben crearse los marcos legales internacionales para atar las manos a las apetencias de lucro de los monopolios transnacionales que pueden ver jugosas ganancias en turbios manejos de la información genética. En la forja de esa conciencia universal debe contribuir de manera significativa la enseñanza de las ciencias. 

 

Bibliografía:

 

[1] Claros Gonzalo (2003): Aproximación histórica a la Biología Molecular a través de sus protagonistas, los conceptos y la terminología fundamental. Panace vol IV, no 12,  Junio, 2003, p.168 -179. Universidad de Málaga.

http://www.medtrad.org/panacea/IndiceGeneral/n12_tribuna_GClaros.pdf  

 

[2] de Gruyter Walter (1999):  Felix Hoppe-Seyler (1825-1895). A pioneer of Biochemistry and Molecular Biology. Natural Sciences. Adaptado del Editorial homónimo de M. Noyer-Weidner y W. Schaffner,W publicado en  Biological Chemistry Hoppe-Seyler. Aug 376 (8), 447 -8, 1997.  

http://www.degruyter.de/journals/bc/272_3072_ENU_h.htm

 

[3] Lasker Foundation: Johann Friedrich Miescher. Biography. Genetics Timeline.

http://www.laskerfoundation.org/rprimers/gnn/timeline/1869a.html

 

[4] Nobel e-museum (2002): Albrecht Kossel. Biography. Nobel Prize 1910.

From Nobel Lectures, Physiology or Medicine 1901-1921, Elsevier Publishing Company, Amsterdam, 1967

nobelprize.org/medicine/laureates/1910/kossel-bio.html   

 

[5] González Fairén Alberto (2003): El idioma de la vida. 50 años del descubrimiento del ADN. Centro de Biología Molecular, CSIC, Universidad Autónoma de Madrid. www.deslinde.org.co/Dsl33/idioma_de_la_vida.htm  

 

[6] Crow E.W., Crow J.M. (2002): 100 Years Ago: Walter Sutton and the Chromosome Theory of Heredity. Genetics, Vol. 160, 1-4, January 2002.

http://www.genetics.org/cgi/content/full/160/1/1

 

[7] Wilhelm Johannsen Centre (2005): Wilhelm Ludvig Johannsen (1857 – 1927). Biographies. University of Copenhagen. http://www.wjc.ku.dk/wilhelm/ 

 

[8] Olby, Robert C (1997): Mendel, Mendelism and Genetics. Department of the History and Philosophy of Science. University of Pittsburgh. Incluye cita originalmente escrita por Bateson en "The Facts of Heredity in the Light of Mendel's Discovery". Report of the Evolution Committee of the Royal Society 1:125-160, p159, 1902. 

http://www.mendelweb.org/MWolby.html#s9

http://www.mendelweb.org/MWolby.html#Bateson#Bateson  

 

[9] Nobel e-Museum (2004): Thomas Hunt Morgan. Nobel Prize 1933. From Nobel Lectures, Physiology or Medicine 1922-1941. Elsevier Publishing Company, Amsterdam, 1967. nobelprize.org/medicine/laureates/1910/morgan-bio.html   

 

[10] Nobel e-Museum (2004): Hermann J. Muller. Nobel Prize,1946. From Nobel Lectures, Medicine 1942 – 1962. Elsevier Publishing Company, Amsterdam, 1967. nobelprize.org/medicine/laureates/1946/muller-bio.html 

 

[11] DNA Learning Center (1998): Phoebus Levene (1869 - 1940). Cold Spring Harbor Laboratory. http://www.dnaftb.org/dnaftb/concept_15/con15bio.html

 

[12] Nobel e-Museum (2004): Wendell M. Stanley. Nobel Prize,1946. From Nobel Lectures, Chemistry 1942 – 1962. Elsevier Publishing Company, Amsterdam, 1967. nobelprize.org/chemistry/laureates/1946/stanley-bio.html 

 

[13] Oracle ThinkQuest Education Foundation (1998):  Frederick Griffith (1881-1941) The People of Genetics

http://library.thinkquest.org/20465/franklin.html  

 

[14] US National Library of Medicine (1998 ): The Oswald T. Avery Collection. The discovery of “the transforming principle”. http://profiles.nlm.nih.gov/CC/Views/Exhibit/narrative/discovery.html

 

[15] Nobel e-Museum (2004):  Alexander R. Todd. Nobel Prize, 1957. From Nobel Lectures, Chemistry 1942-1962, Elsevier Publishing Company, Amsterdam,1964. http://nobelprize.org/chemistry/laureates/1957/todd-bio.html

 

[16] American Philosophical Society (1999):  Erwin Chargaff Papers 1929-1992
 http://www.amphilsoc.org/library/mole/c/chargaff.htm  

 

[17] Nobel e-Museum (2004): Alfred D. Hershey. Nobel Prize 1969. From Nobel Lectures, Physiology or Medicine 1963 – 1970. Elsevier Publishing Company, Amsterdam, 1972 . http://nobelprize.org/medicine/laureates/1969/hershey-bio.html   

 

[18] Oracle ThinkQuest Education Foundation (1998): Rosalind Elsie Franklin. The People of Genetics

http://library.thinkquest.org/20465/franklin.html  

 

[19] Frey P. A. (2002): The double helix. Surprises and Revelations in Biochemistry 1950–2000. Biochemistry and Molecular Biology Education. Vol. 30, No. 3, pp. 152-162, 2002.  www.bambed.org/cgi/content/full/30/3/152

 

[20] Watson J.D. Crick. F.H.C. (1953): A structure for deoxyribose nucleic acid. Nature, vol 171, pag 737, 1953

http://biocrs.biomed.brown.edu/Books/Chapters/Ch%208/DH-Paper.html 

 

[21a] The Nobel Laureates of LMB (2004): Francis H. Crick. James Watson. Laboratory of Molecular Biology. Cambridge.

http://www2.mrc-lmb.cam.ac.uk/archive/Crick62.html

http://www2.mrc-lmb.cam.ac.uk/archive/ Watson62.html 

 

[21b] Nobel e-Museum (2004): Maurice Wilkins. Nobel Prize 1962. From Nobel Lectures, Medicine 1942 – 1962. Elsevier Publishing Company, Amsterdam, 1967. nobelprize.org/medicine/laureates/1962/wilkins-bio.html 

 

[22] Nobel e-Museum (2004):  Har Gobind Khorana. Nobel Prize, 1968. From Nobel Lectures, Physiology or Medicine 1963 – 1970. Elsevier Publishing Company, Amsterdam, 1972.

http://nobelprize.org/medicine/laureates/1968/khorana-bio.html

 

[23] Nobel e-Museum (2004): Severo Ochoa, Arthur Kornberg. Nobel Prize 1959. From Nobel Lectures, Medicine 1942 – 1962. Elsevier Publishing Company, Amsterdam, 1967. nobelprize.org/medicine/laureates/1959/index.html    

 

[24] Nobel e-Museum (2004): Frederick  Sanger, Walter Gilbert. Nobel Prize 1980. From Les Prix Nobel, Editor Wilhelm Odelberg, [Nobel Foundation], Stockholm. http://nobelprize.org/chemistry/laureates/1980/index.html 

 

[25] González Fairén Alberto (2003): El idioma de la vida. 50 años del descubrimiento del ADN.

www.deslinde.org.co/Dsl33/idioma_de_la_vida.htm

 

[26] Lacadena Juan Ramón (2003): V El ADN, ¿molécula de doble filo?. En el 50o Aniversario del ADN: De la doble hélice a la molécula de doble filo. Genética y Bioética. Ministerio de Educación y Ciencia. España. http://www.cnice.mecd.es/tematicas/genetica/2003_04/2003_04_05_1.html

 

[27] The Wellcome Trust (2004): Historic overview of the HGP up to 2003.  Sanger Institute

http://www.sanger.ac.uk/HGP/overview.shtml  

 

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