Antes de Watson y Crick

James Watson (izquierda) y Francis Crick descubrieron la estructura del ADN,
pero solo nutriéndose del trabajo de muchos científicos que los precedieron,
ncluyendo a Rosalind Franklin.

Por Brenda Maddox

La primera mitad del siglo XX la ciencia pertenecía a los físicos, con la teoría general de la relatividad, la mecánica cuántica y la fisión nuclear. La segunda mitad iba a pertenecer a la Biología. En el mundo de la post guerra, el secreto del gen – cómo las carácterísticas hereditarias pasan de una generación a la siguiente – era el tema más candente en la ciencia.

Para un grupo de físicos que habían trabajado en el Proyecto Manhattan para desarrollar la bomba atómica, el cambio de post guerra hacia la Biología era un duro intercambio de la ciencia de la muerte por la ciencia de la vida. Pero su conversión fue tanto intelectual como ideológica. La Biología estaba ahora donde se encontraba la acción. La guerra había interrumpido una línea de investigación que llevaba a la comprensión de las bases químicas de la herencia.

Buscando al mensajero genético

El hecho de que las características físicas son transmitidas por unidades discretas (más tarde llamadas genes) había sido descubierta en 1865 por el monje austríaco Gregor Mendel en sus experimentos con las arvejas de jardín. Cada gen determinaba una sola característica, tal como altura o color, en la próxima generación de la planta. Para 1905 se sabía que dentro de las células vivas los genes están unidos como cuentas en los cromosomas, los cuales se copian a sí mismos y se separan. Pero, ¿cómo llega la información desde el cromosoma viejo al nuevo?

Las proteínas eran el candidato obvio. En los años 20, se creía que los genes están hechos de proteína. El otro ingrediente principal del cromosoma es al ácido desoxirribonucleico o ADN. El ADN, una sustancia de alto peso molecular, fue identificado en 1871 por un joven científico suizo, Friedrich Miescher. (Hay, en realidad, una segunda clase de ácido nucleico en la célula, llamado ARN, con una composición química ligeramente diferente). La “D” en el ADN significa “deoxi” – un prefijo a menudo deletreado como “des” en los días de Rosalind, un uso ahora obsoleto – el cual lo identifica como el ácido ribonucleico con un grupo hidroxilo menos. Pero como el ARN en las células existe fundamentalmente fuera del núcleo, era poco probable que fuera el vehículo genético.

Friedrich Miescher, trabajando en un laboratorio en Tuebingen Castle en el suoreste de Alemania, descubrió el ADN ya en 1871.

Las proteínas eran mucho más interesantes para los genetistas que el AND dado que había mucho más de ellas y también porque cada molecula protéica es una larga cadena de químicos, de los cuales 20 clases ocurren en las cosas vivientes. El ADN, por el contrario, contiene solo cuatro clases de unidades repetitivas llamadas nucleótidos. Por ello, parecía demasiado simple como para llevar las instrucciones complejas requeridas para especificar la forma distintiva de cada una de la infinita variedad de células que constituyen la materia viviente.

En 1936, en el Instituto Rockfeller del Upper East Side de Manhattan, un microbiólogo llamado Oswald Avery se preguntó en voz alta si el principio transformador – o sea, el transportador de la información genética desde el cromosoma viejo al nuevo – podría no ser el ácido nucleico, ADN. Nadie le prestó mucha atención. El ADN parecía solo un agente aburrido de unión para la proteína en la célula.

Durante los años de años de preguerra , en Gran Bretaña, J.D. Bernal en Cambridge y William Astbury en Leeds, ambos cristalógrafos, comenzaron a usar rayos X para determinar la estructura de las moléculas en cristales. Astbury, interesado en moléculas biológicas de gran tamaño, había tomado cientos de fotos con difracciones de rayos X de fibras preparadas a partir de ADN. A partir de los patrones de difracción obtenidos, Astbury trató de construir un modelo del ADN. Con placas metálicas y cilindros, armó un modelo parecido a un Meccano sugiriendo cómo los componentes del ADN – bases, azúcares, fosfatos – podrían ensamblarse. Astbury concluyó –de manera correctó, como resultó ser – que las bases se disponen en un plano, apiladas unas sobre las otras como una pila de centavos espaciadas 3,4 Ångströms. (Un Ångströms equivale a la 10 millonésima parte de un metro). Estos “3,4 Ångströms” no es un detalle menor. Publicado junto con otras mediciones en un artículo de Astbury en la revista Nature en 1938, iba a permanecer constante a lo largo de todos los intentos para resolver la estructura del ADN que iban a venir.

Se ha dicho que el descubrimiento de Avery ameritaba dos Premios Nobel, pero nunca recibió uno.

Pero Astbuty cometió errores serios, su trabajo era tentativo y él no tenía una idea clara de la manera de continuar. Para el momento de la Segunda Guerra Mundial, nadie sabía que los genes estaban formados integramente por ADN.

El genio del gen

En 1943, Avery, a los 67, era demasiado grande para el servicio military. Todavía trabajando en el Instituto Rockfeller y continuando un experimento con neumococos (la bacteria que causa neumonía) realizado por el médico inglés Frederick Griffith en 1928, llegó a un descubrimiento revolucionario. Encontró que cuando el ADN se transfería desde una cepa muerta de neumococos a una cepa viva, la misma traía consigo los atributos hereditarios del donante.

¿Era el “principio transformador” tan simple entonces, solamente AND? En la ciencia, donde tantos se aferran a la gloria, hay algunos que apartan a la gloria de ellos. Avery, un soltero tímido que usaba quevedos, era uno de aquellos demasiado humildes para su propio bien. Se ha dicho que su descubrimiento valía dos Premios Nobel, pero nunca obtuvo ni siquiera uno – tal vez porque, antes que apresurarse a publicar, incluyó sus descubrimientos en una carta a su hermano Roy, un médico bacteriólogo en la Facultad de Medicina de la Universidad Vanderbilt en Nashville. “No he publicado nada acerca de ello – de hecho lo he discutido solo con unos pocos,” manifestó, “porque aún no estoy convencido que tengamos (hasta el momento) suficiente evidencia.”

Un año más tarde, Avery, junto a dos colegas, dio a conocer sus investigaciones. En lo que se convirtió en un artículo clásico, describieron una intrincada serie de experimentos usando las dos formas de neumococo: la virulenta y la no virulenta. Cuando liberaron una forma purificada del ADN proveniente de neumococos virulentos muertos por calor y la inyectaron en una cepa viva, no virulenta, encontraron que producía un cambio heredable permanente en el ADN de las células receptoras. De esta manera, se estableció que – al menos para los lectores de The Journal of Experimental Medicine – el ácido nucléico ADN y no las proteínas era el transportador del mensaje genético.

El misterio esencial persistía. ¿Cómo una sustancia monótona como el ADN, similar a un alfabeto de cuatro letras, transferir suficiente información específica para producir la enorme variedad de cosas vivientes, desde margaritas hasta dinosaurios? La respuesta debe estar en la forma en que las moléculas se agrupan. Avery y sus coautores, Colin MacLeod y Maclyn McCarty, no podían decir nada más que “los ácidos nucléicos deben ser considerados como poseedores de especificidad biológica, cuya base química todavía no se ha determinado.”

Nace la Biofísica

En 1943, otro científico alejado del conflicto mundial (dado que se le había ofrecido un lugar tranquilo en la Irlanda neutral) dio una serie de conferencias en Dublin, provocativamente llamadas “¿Qué es la vida?” Una audiencia de 400 personas en cada charla sugería que el tema supuestamente dificultoso era de gran interés general.

El Premio Nobel Erwin Schrödinger ayudó en el lanzamiento del nuevo campo de la Biofísica con su popular serie de conferencias titulada "¿Qué es la vida?"

Erwin Schrödinger, vienés, había compartido el Premio Nobel de Física en 1933 por aportar las bases de la mecánica de ondas. Ese mismo año dejó Berlín, donde había estado trabajando, dado que, a pesar de no ser judío, no iba a permanecer en Alemania cuando la persecución de los judíos se convirtió en política pública. Una larga odisea a través de Europa lo llevó, en 1940, a Dublin por invitación de Eamon de Valera, el premier de Irlanda. De Valera había sido matemático antes de convertirse en un revolucionario y luego un político, en 1040 estableció el Dublin Institute of Advanced Studies. Schrödinger encontró en Irlanda un paraíso, especialmente porque le permitió despreocuparse para pensar acerca de una pregunta muy grande.

En sus charlas de Dublin, Schrödinger abordó lo que desvelaba a muchos estudiantes – por qué la Biología era tratada como un tema completamente separada de la Física y la Química: ranas, moscas de la fruta, y células por un lado, átomos y moléculas, electricidad y magnetismo, por el otro. La hora había llegado, declaró Schrödinger desde su plataforma irlandesa, para pensar en los organismos vivos en términos de sus estructuras molecular y atómica. No había una gran separación entre lo vivo y lo no vivo, todo obedece las mismas leyes de la Física y la Química.

Le hizo la pregunta de un físico a la Biología. Si la entropía es (de acuerdo a la segunda ley de la termodinámica) las cosas desarmándose, la desintegración natural del orden en el desorden, por qué los genes no decaen? ¿Por qué, en cambio, son pasados intactos de generación en generación?

¿Qué es la vida? Fue la “La cabaña del tío Tom” de la Biología – un pequeño libro que comenzó una revolución.

Él dió su propia respuesta. “La vida es materia que está haciendo algo. El término técnico es metabolismo – “comer, beber, respirar, asimilar, replicar, evitando la entropia.” Para Schrödinger, la vida podia ser definida como “entropia negtiva” – algo que no cae en el caos y aproximándose a “el peligroso estado de entropía máxima, el cual es la muerte”. Los genes preservan su estructura porque el cromosoma que los lleva es un cristal irregular. El arreglo de unidades dentro del cristal constituye el código hereditario.

Las charlas se publicaron como un libro al año siguiente, listo para que los físicos lo leyeran a medida que terminaba la guerra y buscaban nuevas fronteras para explorar. Para el biólogo molecular e historiador científico Gunther Stent de la Universidad de California en Berkeley, “¿Qué es la vida?” Fue la “La cabaña del tío Tom” – un pequeño libro que comenzó una revolución. Para los físicos post guerra, que sufrían de malestar profesional, “Cuando uno de los inventores de la mecánica cuántica (pudo) preguntar ‘?Qué es la vida?’”, expresó Stent, “fueron confrontados con un problema fundamental digno de su temple.” Los problemas biológicos no podían ser enfrentados con su propio lenguaje, la Física.

El descubrimiento de Erwin Chargaff de que el número total de 2 de los 4 bases químicas siempre igualaba al número total de las otras dos ayudó a crear el escenario para que Waton y Crick percibieran y se adentraran en la estrucutra del ADN.

Erwin Chargaff's discovery that the total number of two of DNA's four base chemicals always equaled the total number of the other two helped set the stage for Watson and Crick's insight into DNA's structure
La investigación en el nuevo campo de la Biofísica avanzó a finales de la década del 40. En 1949 otro científico austríaco refugiado, Erwin Chargaff, trabajando en el Columbi College de Médicos y Cirujanos en Nueva York, fue uno de los pocos que se tomó a pecho los resultados de Avery y cambió su programa de investigación de manera acorde. Analizó las proporciones de las cuatro bases de ADN y encontró una curiosa correspondencia. El número de moléculas presente para las dos bases adenina y guanina, llamadas purinas, era siempre igual a la cantidad total de timina y citosina, las otras dos bases llamadas pirimidinas. Esta prolija relación, que se encuentras en todas las formas de ADN, pedía a gritos una explicación, pero a Chargaff no se le ocurrió cuál podría ser.

Así estaban las cosas cuando Rosalind Franklin llegó al King’s College de Londres el 5 de enero de 1951. Dejando la investigación en carbón para trabajar con el ADN, desplazándose de la estructura cristalina de las sustancias inanimadas a la de las moléculas biológicas, había cruzado la frontera entre lo no vivo y lo vivo. El carbón no hace más carbón, pero los genes hacen más genes.

Fuente:
www.pbs.org/wgbh/nova