La cacería del genoma humano

Horacio García Fernández

• Editorial: UNAM, Dirección General de Divulgación de la Ciencia
• Año: 2018
• ISBN:
  9786070265471
• Categoría: Ciencias biológicas
• Categoría: Ciencias en general

Todo lo que hoy sabemos de la información genética que nos rige, y de la manera en que lo hace, es resultado de los hallazgos y descubrimientos de un gran número de investigadores. En este libro, el autor repasa a uno por uno de los científicos y sus aportaciones al conocimiento del ser humano.

La identificación del ADN y el ARN

El descubrimiento de Miescher de que los núcleos contenían una sustancia ácida, a la que en 1889 su discípulo Altman llamó ácido nucleico, trazó el camino para conocer más adelante su composición química. Quedaba pendiente el enigma sobre su estructura molecular y su conducta. Recordemos que la obra del investigador suizo se publicó años después de su muerte, ocurrida en 1895, y que todavía en la década de los sesenta del siglo pasado no se había traducido al inglés.

Sin embargo, su trabajo enfrentó a otros investigadores al reto de descubrir la estructura fina de los componentes de los ácidos nucleicos que conformaban la nucleína. Entre quienes lo intentaron estaban el alemán Albrecht Kossel (1853-1927) y el ruso-estadounidense Phoebus Levene (1869-1940). Kossel estudió medicina en la Universidad de Estrasburgo y en un principio pensó dedicarse a la botánica, pero al conocer el trabajo de Ernest Felix Hoppe-Seyler se sintió atraído por la química. En 1879 Kossel se interesó en el descubrimiento de Miescher de la nucleína hecho diez años antes. Identificó con claridad que esa sustancia blanca extraída de los núcleos estaba formada por un compuesto ácido, el ácido nucleico, y una proteína, lo que le llevó a introducir el término nucleoproteína, que se usaría posteriormente. Al proseguir el análisis, Kossel identificó las bases nitrogenadas (purinas y pirimidinas) y aisló las purinas (guanina y adenina).

Guanina.

Adenina.

A uno de sus cursos llegó un investigador interesado en los trabajos sobre los ácidos nucleicos. Se trataba de Phoebus Levene, nacido en Rusia y nacionalizado estadounidense en 1891. Era ya médico cuando salió de Rusia para asistir a varios cursos de medicina en la Universidad de Columbia, pero al entrar en uno de química decidió dedicarse a ella, y por eso viajó hacia Alemania para perfeccionar sus estudios. Al regresar a Estados Unidos se incorporó al Instituto Rockefeller, en cuyos laboratorios prosiguió sus investigaciones sobre los ácidos nucleicos.

Resultó ser un excelente analista. En 1909 sorprendió a sus colegas y al mismo Kossel al separar del ácido nucleico una molécula que identificó como perteneciente al grupo de los azúcares, la cual contenía cinco átomos de carbono: la ribosa. Encontró que no todas las porciones de lo que aún consideraba un solo compuesto, el ácido nucleico, contenían ribosa. En cambio, advirtió que las bases nitrogenadas descubiertas por Kossel se unían a la ribosa a través de un grupo fosfato derivado del ácido fosfórico.

En 1929 Levene dio a conocer el resultado de sus últimas investigaciones: descubrió que no existía un solo ácido nucleico, sino dos. Uno de ellos contenía ribosa y el otro un azúcar poco conocido, también de cinco átomos de carbono: la desoxirribosa. La única diferencia entre esas dos moléculas consistía en un átomo de oxígeno, presente en la ribosa y ausente en la desoxirribosa. El ácido ribonucleico (ARN) contiene ribosa y el ácido desoxirribonucleico (ADN) contiene desoxirribosa.

Levene también logró aislar un conjunto formado por una base nitrogenada, un radical fosfato y uno de los dos azúcares mencionados. A esa molécula así constituida se le llamó nucleótido. Llegó a calcular que había miles de nucleótidos en los filamentos de ADN que obtenía.

La investigación avanzaba, pero cada nuevo descubrimiento abría también la puerta a infinidad de preguntas. Estaba claro que los cromosomas cumplían un papel esencial en la transmisión de caracteres hereditarios y ya se había logrado conocer superficialmente la composición química de los mismos. Superficialmente, porque pese a conocer que estaban formados por dos ácidos nucleicos y proteínas, no se tenía la más remota idea de cómo se acomodaban los nucleótidos en la estructura de aquéllos, ni cómo se relacionaban con las proteínas, ni cuál de las dos partes, ácidos nucleicos o proteínas, presentaba las mutaciones, ni cómo éstas se trasladaban al lugar específico del organismo de los descendientes donde se manifestaban en forma de enfermedad. El avance parecía mínimo.

Griffith se hace preguntas

Fred Griffith (1881-1941) era un médico militar que en 1928 trabajaba en Londres para el Ministerio de Sanidad investigando la bacteria que producía la neumonía. Su preocupación consistía en encontrar medios para combatir la transmisión y la infección, sin el menor interés en la genética. Había descubierto dos tipos de bacterias causantes de la neumonía: unas producían una infección violenta, a menudo mortal, y otras un padecimiento leve o no provocaban ninguno.

Había inoculado 36 generaciones sucesivas de ratones, al término de las cuales las bacterias agresivas se toparon con un sistema defensivo creado a lo largo de esas generaciones que desnudaba las bacterias inoculadas, quitándoles su cáscara. Las bacterias sin cáscara así obtenidas, extraídas de las últimas generaciones, no producían la neumonía, eran inofensivas.

Al mezclar bacterias inofensivas vivas con bacterias agresivas muertas por calor, esperaba lógicamente que al inocular la mezcla no se produjera ninguna enfermedad en los ratones. El hecho es que la neumonía se desató con más ferocidad que antes. ¿Qué pasó?, ¿habían revivido las bacterias muertas al mezclarse con las bacterias vivas e inofensivas?, ¿se habían vuelto violentas las inofensivas?, ¿por qué?, ¿de qué manera tal mezcla producía un efecto semejante? La guerra cortó de tajo sus investigaciones, al morir en Londres en 1941 durante un ataque de la fuerza aérea de los nazis (la Luftwaffe), pero las inquietantes preguntas que dejó atrajeron el interés de otros investigadores.

Avery las responde

Oswald Theodore Avery nació el 21 de octubre de 1877 en Halifax, Nueva Escocia, Canadá. Estudió en el Colegio de Médicos y Cirujanos de esa localidad y se recibió en 1904. Interesado en hallar remedio contra las enfermedades infecciosas al igual que Griffith, se dedicó al estudio de las bacterias patógenas. En 1913 se trasladó a Nueva York para trabajar en el prestigiado Instituto Rockefeller. En sus laboratorios, perfectamente equipados, Avery colaboró con un excelente equipo de investigadores. Cuando en 1927 se enteró del descubrimiento hecho por Griffith, cambió su línea de trabajo y se dedicó a resolver el problema que planteaba.

Avery decidió utilizar la cepa más infecciosa de las bacterias. Trabajó desde 1935 con el investigador canadiense Colin McLeod y desde 1940 con el estadounidense Macklin McCarthy. Empezaron por eliminar la corteza de las bacterias, con lo que las hicieron inofensivas, y luego inocularon a los ratones con esa cepa. No se presentó la neumonía, lo que demostró que la cáscara no contenía ningún agente químico infeccioso.A continuación eliminaron químicamente las proteínas de la célula, dejando una sola sustancia, que inocularon a los ratones. Todos se enfermaron y los neumococos completos, violentamente agresivos, aparecieron en sus organismos y se multiplicaron.

La conclusión del informe fue definitiva: la capacidad para reproducir la enfermedad y los neumococos se depositaba en la última sustancia inoculada, que había quedado libre después de eliminar la cáscara y las proteínas: el ADN. Sin embargo, no eran genetistas, y aunque parezca mentira se resistieron a asumir la trascendencia del ADN, a defender la tesis de que era el principal responsable de la herencia biológica. Avery dudó de las implicaciones de su descubrimiento y titubeó en asumirlas por completo. Un año antes de publicar sus resultados escribió en una larga carta a su hermano:

Si nosotros tenemos la razón, y esto no se ha comprobado, esto quiere decir que los ácidos nucleicos no sólo son importantes estructuralmente, sino que son sustancias funcionalmente activas que sirven para determinar las actividades bioquímicas y las características específicas de las células, y que por medio de una sustancia química es posible inducir cambios tan predecibles como hereditarios en las células. (Horace Freeland Judson, El ADN, clave de la vida, México, Conacyt, 1981.)

La senda se hallaba abierta y otros investigadores se introdujeron por ella.

La estructura: la escalera de la vida

A la muerte de Avery los cazadores estaban muy cerca de su presa. Necesitaban conocer a fondo la molécula del ADN, pues ésa parecía ser la clave para alcanzar el conocimiento profundo sobre los mecanismos de la herencia, y con ello muchos de los secretos de la vida.

La revolución y el desarrollo de la física proporcionaron a la química una herramienta de enorme valor para unificar su amplio campo de conocimientos: los modelos atómicos y la distribución y el papel que desempeñaban los electrones tanto en los fenómenos químicos como en la unión entre los átomos. Trasladar el concepto de enlace y sus variables, brillantemente desarrollado por Pauling y otros investigadores,al terreno de los compuestos del carbono, a la química orgánica y, en particular, a los fenómenos químicos en los seres vivos, dio frutos de gran importancia. La aplicación de los isótopos radiactivos al estudio de los procesos metabólicos permitió ahondar de manera nunca antes vista en la comprensión de los fenómenos del metabolismo.

Wilkins y Franklin: desencuentro

Uno de los centros más avanzados en la búsqueda de la estructura del ADN era el King’s College de Londres, donde Maurice Hugh Frederich Wilkins (1916-2004) separó hebras muy finas y viscosas del ácido para someterlas al análisis con rayos X. Sus muestras, listas para ser analizadas, resultaron ser las mejores en cuanto a concentración y pureza de todas las que se habían preparado hasta entonces. Pero los análisis más precisos e importantes, por lo novedoso de su interpretación, los realizó una joven investigadora de 31 años llamada Rosalind Elsie Franklin (1920-1958), quien trabajaba en aquel lugar.

Franklin desempeñó un papel destacado en uno de los momentos más memorables de la biología molecular: la búsqueda de la estructura del ADN. Esta mujer, que decidió enfrentar los prejuicios contra su sexo y el autoritarismo en su entorno...

Índice

• Presentación
• Aviso al lector
• Prefacio
• Las asombrosas proteínas
• De los aminoácidos a las proteínas
• Las moléculas de la vida
• La identificación del ADN y el ARN
• El Proyecto Genoma
• Lecturas recomendadas
• Aviso Legal