El ADN como material genético

Después del descubrimiento del ADN, el siguiente gran reto fue la determinación de su función. Frecuentemente se dice que sin investigación básica no hay investigación aplicada, sin embargo en este caso ocurrió todo lo contrario, el descubrimiento partió de microbiólogos que trataban de curar la neumonía.

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La transformación

La neumonía estaba causada por la bacteria Streptococcus pneumoniae, llamada también neumococo. Al descubrirse las vacunas los microbiólogos se lanzaron a aislar microorganismos patógenos para preparar sueros. Entre ellos se encontraba el inglés Frederick Griffith que trabajaba en Londres en el laboratorio de Patología del Ministerio de Salud Pública. Aunque contaba con escasos medios reunió una gran cantidad de cepas de neumococo que clasificaba y estudiaba su patología inoculándolos a ratones.

Frederick Griffith

Frederick Griffith

Pero no todas ellas eran patógenas. La cepa que causaba la enfermedad, mortal en ratones, denominada S (del inglés smooth por el aspecto liso que presentaba la colonia), estaba rodeada de una cápsula de polisacárido que la protegía de la respuesta inmunológica del animal infectado. Otra cepa, R (del inglés rough, ya que presentaba un aspecto rugoso) carecía de cápsula y era inocua.

En uno de los experimentos (Fig 1) Griffith inoculó ratones con una mezcla de cepas R, no virulentas, y cepas S inofensivas al ser inactivadas por calor. Sorprendentemente los ratones morían y en su sangre se encontraban cepas S patógenas.

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Figura 1. Descubrimiento de la transformación

Aparentemente las bacterias S muertas eran capaces de transferir su virulencia a las bacterias R vivas y este cambio era permanente y hereditario.

Griffith postuló la existencia de un “factor de transformación” en el trabajo “La importancia de los tipos neumocócicos” publicado en el Journal of Hygiene en 1928. Naturalmente, asumió que este “factor de transformación” era de naturaleza proteica, y aunque ignoraba como actuaba, no Griffith murió en Londres en 1941 durante un bombardeo alemán sin imaginar la importancia que tenía su descubrimiento y que su nombre aparecería en los libros de texto.

La naturaleza del principio transformante

Oswald Avery trabajaba en el Instituto Rockefeller en Nueva York, centro de referencia en Estados Unidos del estudio de enfermedades, entre ellas la neumonía que, con 50000 casos al año, estaba teniendo efectos devastadores.

Oswald Avery

Oswald Avery

Avery tenía varias cosas en común con Griffith: ambos eran solteros empedernidos, modestos, extremadamente meticulosos en sus experimentos, exageradamente cautos en sus conclusiones y generosos a la hora de ayudar a los demás. Ambos hicieron sus principales contribuciones a una edad relativamente avanzada. Griffith tenía 50 años cuando descubrió la transformación bacteriana y Avery más de 65 cuando publicó su trabajo seminal sobre el principio transformante. Pero si bien Griffith trabajó siempre solo, Avery estaba rodeado de un numeroso grupo de colaboradores en el Rockefeller.

Cuando los resultados de Griffith atravesaron el Atlántico, Avery los recibió con escepticismo, aduciendo falta de controles. Avery empezó a tomarse en serio la tarea de determinar la naturaleza del misterioso “factor de transformación” cuando un miembro de su laboratorio reprodujo los experimentos. Posteriormente se descubrió que bastaba añadir un extracto celular de bacterias lisas muertas para transformar las bacterias rugosas vivas (inocuas) en bacterias lisas patógenas. El “factor de transformación” se encontraba en el interior de la célula y por tanto era susceptible de ser aislado y caracterizado.

Los experimentos fueron retomados por Colin MacCleod que perfeccionó el método de fraccionamiento celular. El extracto tenía todo tipo de componentes y tras la eliminación de los hidratos de carbono, lípidos, ARN, y proteínas y posterior precipitación con etanol, se obtenía un material fibroso que contenía el “factor de transformación”, descartándose por tanto que el “factor de transformación” fuese una proteína. El tratamiento con un reactivo específico de la desoxiribosa, azúcar presente en el ADN apuntaba a que el principio transformante contenía ADN.

Tras la marcha de MacCleod el trabajo fue continuado por Maclyn McCarty, que inactivó el “factor de transformación” por tratamiento con un enzima que degradaba el ADN. MacCleod y McCarty no tenían la menor duda de que el “factor de transformación” estaba constituido por ADN, pero Avery se mostraba reticente a publicarlo, consciente del rechazo que podía provocar.

Finalmente, los resultados de Avery, MacCleod y McCarty se publicaron en la revista Journal of Experimental Medicine en 1944, pero a pesar de las evidencias aportadas, no tuvo una aceptación unánime. La creencia generalizada era que las proteínas eran las únicas moléculas que, por su diversidad estructural, podían constituir el material genético de los seres vivos. La teoría del tetranucleótido de Levene, que vimos en el blog anterior, pesaba mucho, y descartaba que los genes estuvieran hechos de ADN, Avery falleció víctima de un cáncer en 1955 sin haber tenido el reconocimiento oficial que se merecía. En la larga lista de ilustres científicos que nunca obtuvieron el premio Nobel, Avery ocuparía el primer puesto.

El experimento de la batidora

La comunidad científica terminó aceptando la idea de que el ADN era el material genético cuando estos resultados fueron confirmados 8 años más tarde, por el experimento “de la batidora” llevado a cabo por Hershey.

Alfred Hershey

Alfred Hershey

Alfred Hershey era miembro destacado de lo que se denominó el “grupo del fago” que giraba en torno a la figura carismática de Max Delbrück, un físico reconvertido en biólogo, que escogió los fagos o bacteriófagos (literalmente comedores de bacterias) como sistema modelo por su simplicidad, ya que solo contenían ácido nucleico recubierto de proteína. El grupo se había establecido en el Laboratorio de Cold Spring Harbor, cerca de Nueva York, lugar de peregrinación de biólogos moleculares y hoy día uno de los más prestigiosos centros de investigación.

Martha Chase

Martha Chase

Por microscopia electrónica se observó que los fagos se unían a la pared bacteriana (Fig 2). Hershey pensó que únicamente el ADN penetraba en la bacteria. Para demostrarlo, Hersey, junto con su asistente Martha Chase, infectaron un cultivo de bacterias con fagos marcados radiactivamente: la cubierta proteica con azufre (35S) y su ADN con fósforo (32P). Después de la infección, separaron los fagos de las bacterias mediante agitación violenta usando una batidora (de ahí el nombre del experimento). Por centrifugación los fagos, mucho más pequeños, quedaban en el sobrenadante y las bacterias, mucho más grandes, en el sedimento. El 85% de la radiactividad correspondiente al ADN aparecía en el sedimento y el 82% de la proteína en el sobrenadante. Este resultado apoyaba la idea de que el ADN era el único componente del fago que penetraba en el interior de la bacteria y al tener la capacidad de formar nuevos fagos, constituía el material genético.

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Figura 2.

Aunque el experimento de Hershey y Chase era más sucio y menos concluyente que el de Avery, los científicos ya estaban preparados para aceptar la idea de que los genes estaban formados por ADN y no por proteína.

Este reconocimiento universal constituyó el punto de partida de la Genética Molecular, si bien estaba pendiente la determinación de la estructura del ADN, pero esto es otra historia que contaremos otro día.

Hershey, junto con Delbrück y Luria fue galardonado con el premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1969 por “sus descubrimientos acerca de los mecanismos de replicación y la estructura genética de los virus”.

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