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descubrimientoEl camino al

del ADN

asífue

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MENDEL NACIÓ en Heizendorf, hoy Re-pública Checa; fue un excelente estudiantecon alma renacentista, interesado lo mis-mo en la física que en la química y lazoología, materias que cursó en la Uni-versidad de Viena. Aunque no tenía voca-ción de clérigo, optó por el hábito y dedicóocho años de su sacerdocio a descubrir lasleyes de la herencia que le valieron el ape-lativo de “padre de la genética”; tambiénlos chícharos con los que experimentó lle-garon a tener su lugar en la historia. Gra-cias a él comenzó a entenderse el parecidode los hijos con sus padres.

Mendel postuló que en cada organis-mo existen factores —a los que llamó“discretos”— que regulan la aparición deuna cierta característica (en sus chícharos,por ejemplo, semillas arrugadas o semi-llas lisas y redondas). También halló queestos factores vienen en pares y que algu-nos son dominantes y otros recesivos.Descubrió que la herencia genética tienereglas, y que los factores discretos (queson lo que ahora conocemos como genes)son los responsables de que los rasgos sehereden. Reconoció, además, que en laherencia de características de una genera-ción a otra existe un patrón matemático.Su trabajo Experimentos de hibridaciónen plantas se publicó en 1865, pero co-menzó a ser apreciado hasta 1900, 16 añosdespués de su muerte.

Secretos de familiaPor siglos se creyó en la generación es-pontánea, es decir, que la vida podía

EN 1865, CUANDO EL MONJE AGUSTINO GREGOR MENDEL

TRANSFORMÓ EL ARTE DE LOS CULTIVOS AGRÍCOLAS,COMENZÓ UNA NUEVA CIENCIA: LA GENÉTICA. DE AHÍ AL

DESCUBRIMIENTO DE LA ESTRUCTURA MOLECULAR DEL

ADN Y A LA COMPRENSIÓN DE SU SIGNIFICADO PARA LA

TRANSFERENCIA DE INFORMACIÓN EN EL MATERIAL

VIVIENTE TRANSCURRIÓ CASI UN SIGLO.

generarse a partir de materia inanimada,hasta que a mediados del siglo XIX seabrió camino la idea de que toda forma devida proviene de otra preexistente median-te un proceso de reproducción. Si las cé-lulas son las unidades fundamentales dela vida, entonces ellas debían poseer tam-bién algún mecanismo reproductivo.

Dos siglos antes, en 1665, el inglésRobert Hooke diseñó un microscopio quecontaba con un sistema de iluminaciónintegrada, y con él realizó observacionesde organismos como insectos, esponjas,foraminíferos y de plumas de aves. Perofue cuando observaba unos cortes muyfinos de corcho que hizo un hallazgoasombroso: el tejido vegetal estaba com-puesto de pequeños compartimentos oceldas (cells en inglés). Al seguir estudian-do, encontró estas mismas estructuras entejidos de plantas y madera. Había descu-bierto las células vegetales.

A finales del siglo XIX, el alemánTheodor Schwann probó la existencia delas células animales y que éstas eran elequivalente morfológico y fisiológico delas células de las plantas. Ahora ya se sa-bía que los seres vivos —animales y ve-getales— estaban constituidos por células.

La comprensión inicial de la reproduc-ción de la célula se debió a las meticulo-sas observaciones del prusiano WaltherFlemming, un anatomista que en 1882descubrió una sustancia a la que llamócromatina. Se dio cuenta que durante ladivisión celular esta sustancia formabaestructuras parecidas a cordones, a los

cuales se llamó posteriormente cromo-somas. Lo que actualmente se sabe acer-ca de la división celular (y el movimientode los cromosomas durante este proceso)lo explicó y publicó Flemming en 1882:los cromosomas se duplicaban antes de ladivisión y se resolvía así el problema dela repartición del paquete de los secretosde familia entre la célula madre y la hija.

La determinación del géneroA principios del siglo XX se observó unaforma de división celular denominadameiosis o reproducción sexual. En la mi-tosis, o reproducción asexual, los cromo-somas del progenitor se duplican y pasana formar el material genético de su des-cendientes, por lo que éstos serán idénti-cos a sus padres, ya que son una copiaexacta de ellos. En la meiosis, un proge-nitor da la mitad del material genético yel otro progenitor la otra mitad. El nuevoindividuo será diferente a ambos proge-nitores, ya que es el resultado de una nue-va combinación genética. Se detectarondos cromosomas, denominados X y Y, queson los responsables de determinar elsexo. En la reproducción sexual, el des-cendiente proviene de la unión de dos cé-lulas sexuales especializadas, el óvulofemenino y el espermatozoide masculino.Dos cromosomas X producen un indivi-duo de sexo femenino; un X y un Y pro-ducen uno masculino. El alemán TheodorBoveri y el estadounidense Walter Suttondescribieron el proceso de la meiosis, ymostraron que si bien los cromosomas

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del ADNRolando Ísita Tornell

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Gregor Mendel. Archibald Garrod.

pueden parecer similares, poseen cualida-des hereditarias distintas y específicas.

El nombre de “genética” dado al estu-dio de la transmisión de rasgos heredita-rios se debió al inglés William Bateson,quien tradujo a Mendel al inglés en 1902.Un destacado seguidor de Bateson,Thomas Hunt Morgan, inició, con sus co-laboradores de la Universidad de Colum-bia, la era moderna de la genética aldemostrar las bases físicas de la herencia.En 1911 realizaron experimentos conDrosophila, la mosca de la fruta, y demos-traron que los cromosomas contienen losgenes. Para que Morgan y su grupo pu-dieran interpretar los primeros resultadosgenéticos en Drosophila, contaron con elinvaluable trabajo de su alumna, una delas primeras biólogas de la historia, la es-tadounidense Nettie Maria Stevens, quiendesarrolló la idea de la determinaciónsexual por cromosomas. Lo propio hizopor separado el suizo Edmund BeecherWilson.

La evolución comienza con laherencia

En los intrincados vericuetos de la cons-trucción del conocimiento de la genéticano podía faltar el no menos intrincado ypolémico Origen de las especies, de Char-les Darwin, publicado en 1859, libro quese agotó el mismo día de su publicación ycausó una verdadera revolución intelec-tual en su época. Hasta la aparición de estelibro, la diversidad biológica se explica-ba en la historia de la creación del “Géne-sis” de la Biblia, y se le atribuía un origendivino. La teoría de la evolución desarro-llada por Darwin se basaba en la selec-

ción natural de los más aptos: las nuevasvariaciones de rasgos que tienen lugar es-pontáneamente pueden hacer que un or-ganismo sea más competitivo en su luchapor la supervivencia.

Una nueva disciplina llamada “evolu-ción experimental” surgió al iniciarse elsiglo XX, con la meta de recrear la evolu-ción en experimentos controlados conplantas de cultivo y animales. Pronto que-dó claro que las mutaciones (cambios he-redables en un gen) son una fuente devariación y la genética mendeliana ofre-ció un método estadístico para analizar laherencia de las nuevas mutaciones.

El primero en conectar un padecimien-to humano con las leyes de la herencia deMendel fue el inglés Archibald Garrod,hijo de un físico. En 1902 publicó un li-bro donde daba cuenta de un caso de he-rencia mendeliana de la alcaptonuria enhumanos, enfermedad debida a un defec-to bioquímico y que se manifiesta en alte-raciones en la composición de la orina.Garrod definió la alcaptonuria y otras en-fermedades —entre ellas la cistinuria, lapentosuria y el albinismo— como “erro-res innatos del metabolismo”.

En 1869, el médico suizo FriedrichMiescher inició experimentos sobre lacomposición química del núcleo celular,el cual hasta entonces despertaba muypoco interés entre los investigadores.Usando un ácido, Miescher desintegrócélulas de pus que había colectado de unhospital cercano y en los restos celularesaisló una sustancia que contenía nitróge-no y fósforo. En ese tiempo, la única sus-tancia biológica conocida que conteníaestos elementos era la lecitina. Lo que

Miescher encontró en la pus parecía pro-venir del núcleo de la célula, por eso lollamó nucleína. Posteriormente se sabríaque lo que este médico había descubiertoera nada menos que el ácido desoxirribo-nucleico (ADN), casi al mismo tiempo queMendel y Darwin publicaron sus trabajos.

Sin embargo, durante los primerosaños del siglo XX se consideraba que lasproteínas eran los mejores candidatos paratransmitir las grandes cantidades de infor-mación hereditaria de generación a gene-ración.

Los genes están hechos de ADNEntre las décadas de los años veinte y cua-renta, los experimentos mostraron que uncultivo de bacterias vivas inofensivas pue-de convertirse en infeccioso si se mezclacon un filtrado de bacterias patógenasmuertas. Las bacterias muertas suministranalguna sustancia química que transformaa las bacterias inocuas en infecciosas. Este“principio de transformación” parecía serun gen. La idea propuesta por el estado-unidense George Beadle de que a cada gencorresponde una enzima, y perfeccionadapor Edward Tatum (cada gen correspon-de a una proteína) dieron las bases al equi-po de Oswald Avery, Colin MacLeod yMaclyn McCarthy para realizar experi-mentos y llegar a la conclusión, en 1944,de que el “principio transformador” es elácido desoxirribonucleico y, por exten-sión, que los genes están hechos de ADN.Muchos investigadores fueron reacios aaceptar que es el ADN, no las proteínas,la molécula genética.Ya en el siglo XVII un científico holan-dés, Antony van Leeuwenhoek, con la

Walther Flemming.

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James Watson y Francis Crick.

ayuda del microscopio, había probado laexistencia de células simples, “pequeñosanimales” a las que después catalogaroncomo bacterias y protozoarios. No obstan-te, se debatió acerca de si las bacterias te-nían genes, y qué atributos podríancompartir con formas de vida más com-plejas. En la década de los cuarenta sedescubrió que las bacterias presentan algoparecido al sexo: durante el proceso lla-mado conjugación, los genes se intercam-bian a través de un canal de apareamientoque enlaza a dos bacterias.

El microscopio electrónico mostró quelos virus que infectan bacterias presentanun proceso similar: un virus ataca a unabacteria y le inocula sus genes a través deuna especie de jeringa. En 1952, el esta-dounidense Alfred Day Hershey y su asis-tente Martha Chase, demostraron quebasta el ADN del virus, sin ninguna pro-teína, para permitir la reproducción denuevos virus dentro de la célula infecta-da. Este estudio confirmó los experimen-tos realizados antes por Avery sobre lacomposición del material genético (ADN),y demostró que tanto los virus como lasbacterias pueden usarse como modelos deestudio en genética.

Una escalera, la claveEn 1935, una jovencita, hija de un profe-sor de secundaria, se graduó de una es-cuela para mujeres y luego ingresó a laAsociación Británica para Investigacionesdel Carbón. Posteriormente, en el Labo-ratorio Central de Servicios Químicos delEstado francés aprendió las novedosastécnicas de difracción de rayos X. En 1951le ofrecieron una beca para el King’s

College, en Londres, donde fue adscrita ala unidad de cristalografía de rayos X, enla que Maurice Wilkins estudiaba la es-tructura de la molécula del ADN. RosalindFranklin, como se llamaba esta chica, lle-gó al Colegio cuando Wilkins estaba deviaje y al volver éste, supuso que Rosalindera su asistente y no su colega. Esto diolugar a que, de entrada, su relación no fue-ra buena.

Entre 1951 y 1953 el zoólogo estado-unidense James Watson y el físico inglésFrancis Crick se unieron en la Universidadde Cambridge, para trabajar en la posibleestructura tridimensional del ADN. Por suparte, Rosalind Franklin y el estudianteRaymond Gosling obtuvieron, con difrac-ción de rayos X, dos juegos de fotogra-fías de alta resolución de fibras de ADNcristalizado. Rosalind dedujo que el ADNformaba hebras, y que los fosfatos quecontenía se hallaban en el exterior de unaestructura helicoidal. Franklin presentó sutrabajo en una conferencia en el King’sCollege, a la que asistió Watson, quien nole prestó mucha atención. No obstante,Wilkins mostró luego a Watson y a Cricklos datos de rayos X obtenidos porRosalind. Estos datos confirmaron la sos-pecha sobre la estructura que ellos habíansupuesto para el ADN: una doble hélicesemejante a una escalera de caracol.Franklin y Wilkins publicaron el trabajoen la revista Nature en 1953, en el mismonúmero donde Watson y Crick publicaronsu famoso artículo sobre la estructura delADN. Así, la carrera por determinar cómose mantienen juntas las piezas del ADNen una estructura tridimensional fue ga-nada por James Watson y Francis Crick.

Trabajos recientes habían mostradoque el ADN estaba construido por “ladri-llos” llamados nucleótidos, consistentesen el azúcar desoxirribosa, un grupofosfato y una de cuatro bases nitrogenadas:adenina (A), timina (T), guanina (G) ycitosina (C). Watson y Crick demostraronque moléculas alternadas de desoxirribosay fosfato forman los barandales de la es-calera de caracol del ADN y los peldañosson pares complementarios de basesnitrogenadas, A siempre emparejada conT, y G siempre emparejada con C. Gra-cias a este emparejamiento obligatorio ATy GC, Watson y Crick pudieron explicarla duplicación del ADN, proponiendo queuna de las dos hebras de la molécula sirvede molde para reconstruir la otra mitad.Habían descubierto la estructura molecu-lar del ADN y, con ello, la clave de la he-rencia. Watson y Crick recibieron elpremio Nobel de Fisiología en 1962.Rosalind Franklin había muerto de cán-cer tres años antes y el premio no se otor-ga de forma póstuma, por lo que pocagente conoce sus aportaciones. La mesaestaba puesta para que dos comensalesdegustaran el gran platillo del éxito, sa-zonado y pacientemente guisado desdemediados del siglo XIX por meticulososcocineros.

Rolando Ísita Tornell es doctor en ciencias de lainformación por la Universidad Complutense deMadrid. Desde hace varios años se dedica a ladivulgación de la ciencia. Actualmente es jefe delDepartamento de Radio de la Dirección General deDivulgación de la Ciencia, de la UNAM.

Rosalind Franklin.