El idioma de la vida
56 años del descubrimiento de la estructura del ADN
Alberto González Fairén |
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Un
poco de historia |
a búsqueda
del mecanismo por el cual las características de los progenitores
se transmiten a su descendencia se remonta, al menos, a los tiempos
de los babilonios, quienes ya advirtieron que para que una palmera
datilera diese fruto, el polen de los estambres de una palmera macho
debía de ser depositado en el pistilo de una palmera hembra.
Poco después, los pensadores griegos ya señalaban las
diferentes contribuciones del macho y la hembra a la descendencia:
para Aristóteles, la hembra aportaba la materia, y el macho
el movimiento.
Estas y otras ideas similares, de trasfondo cuasi mágico,
como la generación espontánea, mantenida incluso por
Cuvier y que fue desmontada por Pasteur tiempo después, pervivieron
en Occidente hasta bien entrado el siglo XVIII. Erasmus Darwin, abuelo
de Charles, fue uno de los primeros en incorporar a su doctrina científica
la idea de evolución, basándose en la analogía
entre la evolución de las especies y el desarrollo individual,
y en las similitudes entre los cuerpos de organismos de distintas
especies. Poco después, Jean-Baptiste de Lamarck planteó
el primer cuerpo doctrinal coherente sobre la evolución: los
hijos heredan las características de sus progenitores, incluso
las adquiridas; hoy sabemos que esta última parte no es correcta.
El propio Charles Darwin recogía en sus escritos la antiquísima
teoría de la pangénesis, según la cual cada órgano
del cuerpo secretaría pequeñas partículas que
se reunirían en las gónadas para formar las células
germinativas; en un guiño de la fortuna, esta teoría
sería desmontada por un sobrino del propio Charles, Francis
Galton, quien realizó transfusiones de sangre entre conejos
para comprobar si las características de unos pasaban a la
descendencia de los otros algo que, naturalmente, no ocurría.
En 1859 la obra de Darwin El origen de las especies por selección
natural aclaró definitivamente qué sucede con los
caracteres hereditarios, al introducir el concepto de supervivencia
de los mejor adaptados; sin embargo, no solucionó el problema
de su transmisión entre generaciones.
No está muy claro si Charles Darwin llegó a conocer
los escritos de Gregor Mendel, religioso checo contemporáneo
del padre de la evolución. Mendel pasó su vida en el
pequeño monasterio de Brno, encargado del mantenimiento del
jardín monacal; cuando llegó a ser abad intentó
mejorar la producción agrícola del monasterio. Así
comenzó sus experimentos con la planta de arveja o guisante,
estudiando diferentes caracteres como el tamaño, el color de
la flor, la forma de la semilla y otros. Observó que, al cruzar
plantas de gran porte con otras menores, obtenía plantas grandes;
pero que, al cruzar entre sí a éstos individuos, ya
no todos eran grandes: la cuarta parte volvía a ser pequeña.
De aquí dedujo que cada uno de los caracteres de la planta
(tamaño, color, forma) está determinado por lo que él
denominó ‘factores’, y que debían de ser
dos para cada carácter: uno proveniente de la madre y otro
del padre. Estos factores no se mezclaban, sino que pasaban con toda
su información a la descendencia, si bien uno de ellos era
dominante sobre el otro. Así se podía explicar porqué
en la cuarta parte (25%) de los descendientes reaparecía el
carácter ‘pequeño’.
En términos generales, podemos considerar que los ‘factores’
de Mendel son lo que hoy conocemos como genes. Mendel propuso ya alguna
otra característica de sus ‘factores’, como que
el número de éstos heredado por un organismo de uno
de sus progenitores es exactamente el mismo que hereda del otro, o
que debían estar incluidos en los gametos. Sus resultados fueron
publicados en una modesta revista, el Boletín de la Sociedad
de Ciencias Naturales de Brno, con el título de "Experimentos
con plantas híbridas", en 1866. De haberlos conocido,
Darwin hubiera podido adaptarlos de forma excelente a su teoría,
ya que si las unidades de evolución son partículas,
cualquier cambio capaz de promover nuevas características a
un organismo, se mantendría; en tanto que, si la herencia es
mezclada como en el caso de la pangénesis, lo nuevo se diluiría.
Parece ser que el artículo de Mendel estuvo un tiempo entre
los documentos de la cartera de Darwin, pero que éste no encontró
el momento adecuado para echarle un vistazo.
En realidad, los experimentos de Mendel no fueron reconocidos sino
hasta 1900, cuando tres investigadores (Hugo de Vries, Carl Correns
y Hugo Tchermack) redescubrieron los mismos principios de forma independiente,
coincidencia que permite aventurar planteamientos acerca del carácter
epistémico de la ciencia: las revoluciones científicas
precisan de un vasto cuerpo de conocimiento que alcanza su mayoría
de edad en momentos concretos de la Historia, y el papel del científico
como individuo no trasciende del mero azar, como veremos a lo largo
de este artículo.
En la misma época en que Darwin y Mendel publicaban sus descubrimientos,
otros investigadores estudiaban la estructura del núcleo celular.
Friedrich Miescher obtuvo un precipitado grisáceo a partir
de glóbulos blancos tratados con ácido clorhídrico
para aislar los núcleos, y lo denominó ‘nucleína’;
Walther Flemming, empleando nuevos métodos de tinción,
observó estructuras en forma de cinta en el interior del núcleo,
a las que denominó ‘cromatina’. De hecho, el propio
Flemming fue el primero en observar que tales cintas (en realidad,
los cromosomas) se dividen longitudinalmente en dos mitades idénticas,
es decir, en apreciar el comportamiento paralelo de la división
cromosómica y la segregación de los ‘factores’
de Mendel, base de la moderna teoría cromosómica de
la herencia.
Fue Thomas Hunt Morgan quien, a principios del siglo XX, sentó
las bases de tal teoría. En 1911 publicó el primer mapa
cromosómico de un organismo, la mosca del vinagre o Drosophila
melanogaster, señalando la posición relativa de
cinco genes sexuales. Una década después había
ubicado más de 2.000 genes de Drosophila. La herencia,
por tanto, se transmite mediante los cromosomas. Pero en ellos hay
proteínas y ácidos nucléicos: ¿cuál
es la molécula portadora de la información para fabricar
los descendientes?
Durante más de dos décadas, se pensó en las proteínas.
Pero, en los años 1920, los experimentos de Fred Griffith y
Oswald Avery demostraron que la molécula de la vida es el ADN.
Griffith hizo sus experimentos con neumococos, en los que la capacidad
infectiva está asociada a una pared lisa y brillante, que es
rugosa en las células no infecciosas. Inoculando ratones con
bacterias rugosas, los ratones vivían; pero, al infectarlos
con rugosas vivas y lisas muertas a la vez, los ratones morían,
y de ellos se obtenían neumococos lisos vivos y, por tanto,
infecciosos. Algún componente inerte de las células
muertas había sido capaz de pasar a las vivas, y además
era luego transmitido de generación en generación, porque
la descendencia de estas células lisas era también lisa.
Avery comenzó a trabajar con este ‘principio transformante’,
y demostró que se trataba del ADN.
Hoy sabemos que la cromatina de Flemming está formada por los
cromosomas; que contiene la nucleína de Miescher, formada por
el ADN; y que los factores (genes) de Mendel están constituidos
por el ADN. El ácido desoxirribonucleico resultó ser
una molécula mucho más compleja de lo que se había
pensado: está articulado sobre un eje de moléculas de
azúcar (desoxirribosa) unidas entre sí por medio de
enlaces, y a cada molécula de azúcar se encuentra unida
una base nitrogenada (adenina, guanina, citosina o timina). Sin embargo,
el viejo problema seguía latente: ¿cómo transporta
y transmite la información genética el ADN? La respuesta
debía estar en su estructura, y es aquí donde aparecen
los protagonistas de nuestra historia. |
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La
revolución de Crick y Watson |
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Francis
Crick
(Nobelprize.org) |
Francis Crick nació en Northampton en 1916, y estudió
Física en el University College de Londres. A partir de 1946
empezó a conocer los trabajos de Linus Pauling y Erwin Schrödinger,
los cuales sugerían cómo se podía aplicar la
mecánica cuántica a los estudios en genética,
y poco después entró en el laboratorio Cavendish de
Física para preparar su tesis doctoral sobre la difracción
de rayos X en las proteínas. Su risa, su brillante inteligencia
y su intromisión frecuentemente acertada en los temas de sus
colegas le hicieron acreedor de muchas envidias y prejuicios en el
laboratorio. Tenía 35 años, se había casado dos
veces, y aún no era doctor, cuando se incorporó a su
laboratorio el becario posdoctoral James Dewey Watson. Oriundo de
Chicago y licenciado precozmente en zoología a los 19 años,
Watson conocería muy pronto los trabajos de Schrödinger
y Salvador Luria, quien sería su director de tesis y le llevaría
hacia la química molecular en su empeño por conocer
el funcionamiento de los virus. El encuentro del británico
excepcional, descentrado y físico, con el norteamericano joven,
ambicioso y biólogo, resultó ser uno de los más
brillantemente productivos de la historia de la ciencia. El director
del laboratorio Cavendish era sir Lawrence Bragg, experto en cristalografía
de rayos X, una técnica capaz de discernir diferencias en longitudes
subatómicas.
Por la misma época, se había unido al otro gran laboratorio
de biología molecular, el de Maurice Wilkins, en el King’s
College de Londres, una joven investigadora de 29 años, Rosalind
Franklin, quien llevaba más de cuatro años trabajando
en difracción de rayos X. En noviembre de 1951 Franklin había
conseguido ya las mejores fotografías de la estructura del
ADN hasta la fecha, decidiendo presentarlas en una conferencia en
el King’s a la cual invitó a su amigo James Watson. Los
resultados que Franklin presentó eran espectaculares: demostró
que la molécula de ADN estaba formada por dos o cuatro cadenas
helicoidales entrelazadas, integradas por azúcares y fosfatos,
con bases nitrogenadas adheridas. En sus gráficos quedaba patente
algo de suma importancia: las bases nitrogenadas parecían estar
unidas a la parte interior de la hélice. Después de
la conferencia, Watson y Wilkins cenaron juntos en un restaurante
chino del Soho, donde Wilkins reveló a Watson la mala relación
personal que tenía con Franklin. Y Watson comprendió
que un equipo tan mal avenido no podría llegar muy lejos.
De vuelta a Cambridge, Crick y Watson comenzaron a jugar con modelos.
Su trabajo no fue experimental, sino que se dedicaron a efectuar una
recopilación exhaustiva de toda la información disponible
sobre el ADN para examinarla, contrastarla y unificarla de forma coherente.
Las piezas estaban sobre la mesa y sólo había que ensamblarlas
correctamente. Con grandes dosis de paciencia, Crick y Watson se armaron
de varillas de alambre y hojalata y construyeron el primer modelo
tridimensional del ADN, simulando los átomos y los enlaces
entre ellos.
Por desgracia, Watson no había entendido correctamente las
explicaciones de Franklin. Sobre un modelo de tres hélices
interrelacionadas, dispusieron las bases nitrogenadas en el exterior
y los fosfatos hacia el interior, y enseñaron el modelo a Franklin
y Wilkins. Lo sucedido a continuación es la parte más
oscura de esta historia: Franklin se sintió a medias plagiada
y estafada, y abordó el primer tren de vuelta a Londres; y
Lawrence Bragg, quien nunca tuvo una relación demasiado amistosa
con Crick, prohibió los experimentos sobre ADN en su laboratorio,
obligando a Crick a circunscribirse a la investigación sobre
la estructura de las proteínas y a Watson al estudio del virus
del mosaico del tabaco (VMT).
Sin embargo, la obediencia no estaba entre las virtudes de ambos científicos.
En palabras del propio Watson, el estudio del VMT, un virus de ARN
capaz de ofrecer muchas pistas sobre la estructura del ADN, era "la
fachada perfecta para continuar satisfaciendo mi interés por
el ADN". Mientras, Crick entendió que las bases nitrogenadas
debían estar colocadas en el interior de la molécula.
Al tratarse de moléculas planas, decidió (sin ningún
tipo de prueba experimental, sino tan sólo guiándose
por su instinto, como solía hacer) que las bases se debían
disponer enfrentadas dos a dos, apiladas en el interior de la doble
hélice.
La tarde del 28 de febrero de 1953, tomándose unas cervezas
en el Eagle Pub con varios colegas entre quienes se encontraba el
matemático John Griffith (sobrino de Fred Griffith, el de los
neumococos lisos y rugosos), comentó sus ideas. Les explicó
que cualquier modelo del ADN que pretendiese ser serio, debería
explicar de qué forma sucede la replicación; esto es,
la transmisión de la información genética contenida
en la molécula. Griffith le confió que sus experimentos
demostraban que de las cuatro bases nitrogenadas (Adenina, A; Guanina,
G; Citosina, C; y Timina, T), la G siempre apareaba con la C, y la
A con la T. Y en ese momento, entre la segunda y la tercera cerveza,
Crick vio por primera vez con claridad el lenguaje de la vida: si
se dividía la estructura de doble hélice, cada una de
las hélices sencillas resultantes sería la complementaria
de la otra; en otras palabras, cada una podría servir de molde
para la síntesis de una nueva hélice, complementaria
de la que sirviese como modelo. Sin poderse contener, exclamó
en voz alta: "hemos descubierto el secreto de la vida".
Al poco tiempo, Crick y Watson comprendieron que este modelo explicaba
también la evidencia experimental obtenida años antes
por el químico checo-norteamericano Erwin Chargaff de que la
cantidad de A siempre es igual a la de T, y la de G a la de C.
Curiosamente, por la misma época Rosalind Franklin decidió
que sus resultados con la técnica de difracción de rayos
X demostraban definitivamente que el ADN no era helicoidal. Sin embargo,
Watson, quien había terminado sus estudios sobre el VMT, mantuvo
sus ideas, alentado por Crick. De hecho, cuando vieron las placas
de Franklin entendieron que las conclusiones de la cristalógrafa
eran producto de un error de interpretación como resultado
de una superposición en el diseño de los cristales.
Además, en 1952 Linus Pauling, la máxima autoridad en
química de la época, también había decidido
embarcarse en el estudio de la estructura del ADN. Otra nueva pirueta
del azar hizo que el hijo de Linus, Peter Pauling, entrase en 1953
a compartir despacho con Crick y Watson; merced a ello, conocieron
de primera mano los trabajos del químico. Sorprendentemente,
el modelo que Pauling propuso se basaba en una estructura de tres
hélices con las bases nitrogenadas hacia el exterior, casi
idéntico al esbozado por Crick y Watson delante de Franklin
y Wilkins años antes. Enfrentados a la fuerza de la autoridad,
poco podían hacer. Sin embargo, Watson repasó concienzudamente
el trabajo de Pauling y, por increíble que pudiese parecer,
el químico había confundido el estado de ionización
de los grupos fosfóricos que formaban los enlaces. En definitiva,
no existía ninguna carga eléctrica capaz de mantener
unidas las hélices y el modelo propuesto no era ni siquiera
un ácido.
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James
Dewey Watson
(Nobelprize.org) |
Watson cogió el primer tren hacia Londres y relató el
error de Pauling a Wilkins y Franklin. Ésta, muy contrariada,
recordó a Watson que no había ninguna prueba de que
el ADN fuese helicoidal y para demostrarlo Wilkins le enseñó
algunas de las últimas placas de rayos X que habían
conseguido. De nuevo, Watson interpretaba los mismos resultados de
una forma totalmente distinta. Las placas de Franklin, obtenidas con
moléculas de ADN rodeadas de grandes cantidades de agua (lo
que se conoce como ADN-B o fisiológico, distinto del que se
había usado hasta entonces, que era ADN-A o deshidratado),
no dejaban lugar a duda alguna: el ADN era inequívocamente
helicoidal. De vuelta a Cambridge, Watson fabricó en su mente
el primer modelo de ADN: una doble cadena helicoidal trenzada sobre
un eje común. Tal era su entusiasmo, que incluso Bragg permitió
que él y Crick volvieran a sus experimentos sobre el ADN. En
poco tiempo construyeron un modelo con placas y varillas de metal.
Pero el problema de la ubicación de las bases nitrogenadas
persistía. ¿Debían hacer caso a Griffith o a
Pauling? Para Crick, la ubicación exterior no tenía
sentido, pero las piezas no terminaban de encajar en el interior.
Pasó horas y más horas trasteando con el modelo, mientras
Watson cavilaba sobre la estructura de las bases. Finalmente, Watson
se dio cuenta de que las bases pueden presentar dos estructuras moleculares
distintas, denominadas técnicamente como formas ceto y enol.
Si bien todas las pruebas acumuladas parecían apuntar hacia
la forma enol, Watson propuso cambiar a la forma ceto. Y allí
estaba al fin: las bases encajaban a la perfección dentro de
la cadena y las parejas A-T y C-G resultaban idénticas en tamaño
y forma. El 7 de marzo de 1953 presentaron su maqueta en Cavendish.
El 25 de abril de 1953 publicaron en la prestigiosa revista científica
Nature una Breve Comunicación de 900 palabras, titulada
"Una estructura del ácido desoxirribonucleico",
y un diagrama. La comunicación incluía una breve frase
sobre las implicaciones genéticas del hallazgo: "No nos
ha pasado por alto que el apareamiento específico que hemos
postulado sugiere, de inmediato, un mecanismo posible de copia para
el material genético". La forma en que el artículo
debía recoger esta afirmación fue motivo de largas discusiones
entre los dos: Crick quería que las consecuencias genéticas
quedaran patentes, pero Watson aún mantenía dudas y
temía que el modelo no fuese correcto. Sin embargo, cinco semanas
más tarde publicaron un segundo artículo en la misma
revista centrado exclusivamente en las implicaciones genéticas
del modelo; curiosamente, el orden de los autores en este artículo
lo decidió una moneda.
A partir de sus datos, concluían que el ADN es una larga molécula
formada por dos hélices enrolladas sobre sí mismas,
en la que moléculas de azúcar y fosfato forman las hélices,
y pares de bases nitrogenadas enfrentadas y unidas por dos puentes
de hidrógeno mantienen unida la estructura. Poco después,
Pauling determinaría que, en realidad, hay tres puentes de
hidrógeno entre G y C. La revolución biológica
que supuso su descubrimiento llevaba aparejada otra de carácter
epistemológico, más profunda aún si cabe: por
primera vez, la biología era explicada de un modo químico
estándar, situando a la biología molecular como el centro
en la explicación de los sistemas vivos. Fue el reconocimiento
definitivo de que casi todos los aspectos de la vida están
gestionados a nivel molecular.
En 1962, Crick, Watson y Wilkins fueron galardonados con el Premio
Nobel de Medicina. Lamentablemente, Rosalind Franklin había
muerto de cáncer cuatro años antes, cuando sólo
tenía 37 años. Poco después, el vínculo
entre Crick y Watson desapareció. Watson volvió a Estados
Unidos, incorporándose a la Universidad de Harvard, donde ha
continuado su investigación sobre el ADN y la síntesis
de proteínas; en 1988 se trasladó al Cold Spring Harbor
Laboratory (Nueva York), del cual es presidente desde 1994 y donde
se puso al frente del Proyecto Genoma Humano hasta 1993. Crick se
trasladó a California durante un tiempo, donde mantuvo su constante
actividad creativa, fruto de la cual es la teoría de la panspermia
(teoría que supone un origen extraterrestre de la vida), e
importantes avances en la definición de la conciencia. Fue
director del Laboratorio de Biología Molecular de la Universidad
de Cambridge desde 1962; vivió con su familia en una casa en
Cambridge llamada La hélice dorada, donde le gustaba
contar esta misma historia acompañado de sus amigos. Falleció
el 28 de julio de 2004.
Sin embargo, sus nombres permanecerán unidos para siempre en
la conciencia colectiva de la humanidad. De hecho, cuando Bragg dejó
el cargo de director del laboratorio Cavendish, en 1955, fue sustituido
por Neville Mott. El encargado de recibir al nuevo director fue Crick,
a quien Mott no conocía personalmente. Por el camino hacia
su despacho, Crick dijo a Mott: "me gustaría presentarle
a Watson, un colega que trabaja en su laboratorio". Mott le miró
sorprendido y contestó: "¿Watson? Creía
que su nombre era Watson-Crick". |
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La
estructura del ADN |
| Hoy conocemos a fondo las características de
la molécula de ADN. Sobre un esqueleto formado por moléculas
de azúcar y fosfatos, unidos por enlaces químicos especiales
llamados fosfodiéster, se sitúan las bases nitrogenadas
que se enlazan a los azúcares por medio de enlaces denominados
glicosídicos. El azúcar es siempre la desoxirribosa
en el caso del ADN, y la ribosa si se trata de ARN. Excepto algún
tipo de ARN, todos los ácidos nucleicos son lineales. |
|
| El esqueleto covalente se pliega sobre sí mismo,
de forma que las dos hélices de ADN se enrollan una sobre la
otra con un giro a derechas. Como son antiparalelas –esto es,
complementarias–, la estructura se cierra totalmente como una
cremallera. Así, el armazón covalente de azúcar-fosfato
queda expuesto hacia el exterior donde queda rodeado de moléculas
de agua (es hidrófilo) y las bases nitrogenadas, quienes carecen
de afinidad por el agua (son apolares), permanecen protegidas en el
interior. Cada base se une a la que tiene enfrente por medio de puentes
de hidrógeno (dos enlaces entre A y T, y tres entre G y C)
y a las dos que tiene a los lados por fuerzas de apilamiento. El mensaje
genético queda así protegido en el interior de la estructura,
tal como por primera vez lo imaginó Francis Crick. |
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Un
nuevo mundo |
El trabajo de Crick y Watson inauguró una nueva
disciplina científica: la Genética Molecular. Desde
entonces, el ritmo de las investigaciones y los descubrimientos ha
adquirido una aceleración constante. Ya en 1956 se demostró
que nuestra especie porta en cada célula somática 23
pares de cromosomas, constituidos por el ADN. Dos años más
tarde, Arthur Kornberg purificó por vez primera la polimerasa,
enzima que dirige la síntesis de nuevas hebras de ADN cuando
la doble hélice se replica, y aportó la primera evidencia
experimental de que las dos cadenas son antiparalelas; Kornberg recibió
el Nobel en 1959, compartido con el español Severo Ochoa, quien
estudiaba mecanismos similares en el ARN.
Un hito importante lo estableció Har Gobind Khorana, al descifrar
en 1966 el código genético. Éste es la forma
en que cada gen concreto se traduce en una determinada secuencia de
aminoácidos, los constituyentes básicos de las proteínas:
el alfabeto de cuatro letras de las bases nitrogenadas (A, G, C, T)
se traduce al lenguaje de los veinte aminoácidos presentes
en las estructuras biológicas. El código se había
resistido durante años a los esfuerzos de Crick y Watson, si
bien el británico había sugerido la existencia de una
‘molécula adaptadora’, que resultó ser el
ARN. El propio Crick acuñó lo que se conoce como Dogma
Central de la Genética: el ADN fabrica ARN que fabrica proteínas.
Cuatro años después, se conseguía aislar la primera
enzima de restricción, moléculas capaces de cortar el
ADN por lugares específicos a elección del investigador.
Como resultado, en 1972 un equipo de Stanford fabricó la primera
molécula de ADN híbrida, constituida por ADN de dos
especies diferentes. Para juntarlos, se emplea otra enzima: la ligasa.
El primer organismo recombinante nació en 1973, cuando el equipo
de Stanley Cohen fabricó una molécula de ADN híbrida
entre un virus y una bacteria (lo que conocemos con el término
de plásmido) y la insertaron en el genoma de otra bacteria.
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 que infecta bacterias. El año
siguiente se consiguió que bacterias manipuladas genéticamente
produjeran insulina humana, en un proceso tan efectivo que supuso
una revolución en el tratamiento de la diabetes.
Los primeros tests genéticos nacen con la década
de los ochentas: en 1983 se localiza un marcador genético para
la enfermedad de Huntington, un trastorno neurodegenerativo originado
en la repetición de las bases CAG más de treinta y nueve
veces en el cromosoma 4 (es así de sencillo y de terrible:
si tienes CAG cuarenta veces, padecerás la enfermedad); en
1984 se desarrolla la huella genética, un método de
identificación de personas a partir de muestras biológicas
(sangre, pelos, semen). Ese mismo año se secuencia del genoma
del virus del sida.
En 1985 se produce la mayor revolución en ingeniería
genética: el bioquímico Kary Mullis inventa una técnica,
la Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR), que permite obtener
millones de copias de un fragmento de ADN en unas pocas horas. Además,
nacen las primeras plantas transgénicas, manipuladas genéticamente
para resistir el ataque de virus, bacterias o insectos. El año
siguiente, se aprueba el primer cultivo transgénico en Estados
Unidos: una planta de tabaco resistente a herbicidas.
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". 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, el tomate triturado Flavr Savr, que tarda
más tiempo en deteriorarse.
En 1995 se secuencia por primera vez el genoma de una bacteria. Dos
años después nace la recientemente fallecida oveja Dolly,
el primer mamífero clonado a partir de una célula adulta,
y se secuencia el genoma de un ser pluricelular, un gusano microscópico.
En 1998 se consigue el cultivo de células madre embrionarias
en laboratorio, y el equipo del Proyecto Genoma Humano presenta un
mapa que incluye 30.000 genes. En 2000 se descifra definitivamente
el genoma humano y los mapas genéticos de los cromosomas 5,
16 y 19.
La clonación del primer embrión humano con fines médicos
se produjo hace sólo ocho años, y se continúa
con la secuenciación de diferentes organismos: el ratón,
el arroz, la levadura, el mosquito que transmite la malaria, etc.
La historia sigue escribiéndose cada año, casi cada
día, con el esfuerzo y la constancia de la comunidad científica
mundial. |
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El
significado del ADN en el devenir evolutivo |
Para finalizar, intentemos imaginarnos cómo
fue todo al principio; cómo empezó la historia de los
ácidos nucleicos. Hace más de 4.000 millones de años,
sobre la superficie de una Tierra muy joven se formaron los primeros
océanos. Es posible que las sustancias orgánicas se
acumularan en ciertos emplazamientos, como pequeñas playas
someras, formando precipitados salinos semisecos, al menos estacionalmente.
Como en aquella época aún no se había formado
la capa de ozono, la radiación ultravioleta solar proveía
la energía suficiente para iniciar ciertas reacciones químicas
capaces de sintetizar moléculas de mayor tamaño. Todavía
no sabemos cómo pero, en algún momento hace entre 3.500
y 4.000 millones de años, una de éstas moléculas
grandes adquirió la sorprendente capacidad de hacer copias
de sí misma. Es posible que siguiera un proceso de síntesis
similar al que forma los cristales: moléculas de pequeño
tamaño que nadaban libremente en los mares primitivos podían
tener afinidad química por alguno de los componentes de la
molécula grande. Al acercarse a ella, la molécula pequeña
tendería a adherirse a la grande, en el lugar concreto por
el que tuviese afinidad; con el tiempo suficiente, la molécula
grande habría adherido moléculas pequeñas complementarias
a sí misma a lo largo de toda su estructura, formando otra
molécula grande que quedaría pegada a ella. Si en algún
momento las dos cadenas se separaban, cada una de ellas tendría
la posibilidad de formar una nueva cadena complementaria.
Con el paso del tiempo, habría cada vez menos moléculas
pequeñas, y cada vez mayor número de las grandes, devoradoras
de las pequeñas. Es aquí donde entra en escena uno de
los aspectos más importantes del proceso: las moléculas
grandes, al adherir otras pequeñas, podrían cometer
errores. Tal vez una molécula pequeña, no del todo complementaria
a una secuencia concreta de la grande, pero sí lo suficientemente
afín, podría ser incorporada por error. Como resultado,
al terminarse de formar la nueva molécula grande no sería
exactamente complementaria a la molécula que había hecho
de molde. Estas pequeñas diferencias se acentuarían
con el paso del tiempo, por acumulación de errores. Así,
aunque todas procederían de un mismo antepasado común,
se formarían distintos grupos de macromoléculas replicadoras:
algunas serían más grandes, otras más estables,
otras más voraces (químicamente hablando, por supuesto),
otras más longevas, otras con mayor capacidad de replicación,
y así hasta el infinito.
Por tanto, la Selección Natural comenzó a operar casi
desde el origen mismo de los replicadores. Es muy posible que las
macromoléculas más longevas dispusiesen de alguna ventaja
sobre las efímeras, al ser más estables y poder así
asegurar la fidelidad de su proceso de copia; pero, al mismo tiempo,
las que se copiasen más rápidamente tendrían
más descendencia, y la longitud sería un evidente problema
para la rapidez de copia; del mismo modo, el que se copiase con mayor
exactitud, dejaría más moléculas descendientes,
pero la exactitud requiere tiempo para elegir en el proceso de selección
de posibles complementarios. Además, es evidente que la población
de moléculas pequeñas sería cada vez menor y
que la competencia entre las grandes por hacerse a un mayor número
de pequeñas sería cada vez más acusada. Como
resultado, aquellas macromoléculas que lograsen un equilibrio
más definido entre estabilidad, rapidez de copia y longevidad,
dejarían un mayor número de descendientes: el juego
de la vida había empezado, y las reglas que se establecieron
entonces son, en síntesis, las mismas que guían hoy
la evolución de la vida sobre la Tierra. |
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Perspectivas |
Hoy, después de 4.000 millones de años
de evolución, los antiguos replicadores han llegado a preguntarse
sobre sus orígenes. Después de un largo y tortuoso camino
de supervivencia y competencia, las macromoléculas aprendieron
a rodearse de una capa de lípidos para protegerse unas de otras,
formando así las primeras células; algunas tal vez adquirieron
la capacidad de robar pequeñas moléculas de replicadores
vecinos; y todas, en fin, aumentaron su complejidad para tener más
posibilidades en la lucha por la supervivencia.
Los replicadores se han convertido en los modernos genes. Protegidos
por los disfraces que aprendieron a confeccionar (con formas tan dispares
y hermosas como una bacteria, una seta o un dinosaurio), han medrado
con perseverancia sobre la superficie de la Tierra, hasta que un puñado
de ellos acertaron a formar una envuelta con la forma de un británico
de risa descontrolada y enorme afición por la cerveza, y un
americano delgado y soñador, capaces de desvelar, por fin,
el secreto que esconde el idioma de la vida. |
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| San Francisco (California), EEUU, 04 de Julio de
2009. |
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