El secreto de la vida

El secreto de la vida es sonreír ante la adversidad y desear apretando bien fuerte los dientes. No, es broma. El secreto de la vida es cómo se las apaña para seguir adelante, no sólo día a día, sino milenio tras milenio,  eón tras eón. Los seres vivos consiguen, de algún modo, crear la siguiente generación antes de desaparecer en la nada. Los gatos engendran gatitos, los tiburones blancos tiburoncitos, la levadura del pan levaduritas. ¿Cómo pasan la información de generación en generación? El secreto lo descubrimos en 1953, pero para explicarlo conviene remontarnos un poco más atrás.

gatitos

¿Dónde se esconde la información genética?

¿De dónde sale el gatito? Evidentemente, de dentro de la madre, pero si rebobinamos la película vemos que el gatito se forma, en un complejo proceso de desarrollo, a partir de un embrión compuesto por una sola célula. Estás células tienen la capacidad de acabar conviertiéndose en un gatito, un rodaballo o un olivo, dependiendo de la especie a la que pertenezcan. ¿Cómo hace la célula para saber qué es lo que tiene que hacer? ¿En qué consiste esta esencia vital? Fue a principios del siglo XX cuando empezamos a tener algo de idea de cómo lo hacen.

Frederik Griffith era un genetista británico al que, durante la primera guerra mundial, le encomendaron investigar la vacuna para la neumonía causada por la bacteria Streptococcus pneumoniae. Griffith disponía de dos cepas, una virulenta, letal, que causaba la enfermedad y mataba a los ratones y otra no letal. Un modo de crear vacunas es matar las bacterias letales calentándolas y otro es infectar con bacterias no letales, y esto es justamente lo que Griffith estaba investigando.

Pneumococo

La materia muerta transforma la viva

Cuando Griffith mataba las bacterias letales por calentamiento, conseguía un líquido con células muertas incapaz de causar la enfermedad. Es decir, un ratón inoculado con una preparación de bacterias letales muertas no desarrollaba la enfermedad, cómo tampoco lo hacía uno infectado con las no letales. Ninguno de estos dos hechos eran muy sorprendentes, pero lo que hizo Griffith a continuación sí lo fue. Cuando inoculaba un ratón con la cepa no letal y células muertas de la letal, el ratón moría, a pesar de que ninguno de los dos inóculos por separado era letal. En la materia muerta, de lo que en algún momento habían sido bacterias letales, persistía un factor, una especie de esencia, capaz de transformar las bacterias no letales en letales. Algo muerto había transformado a algo vivo, pero ¿en qué consistía este factor?

¿Dónde está el principio transformador?

En aquella época la bíoquímica ya había conseguido dilucidar la composición química de los seres vivos. Como sabemos por los envases de comida, estamos formados por: azúcares, grasas, proteínas y ácidos nucléicos. Los azúcares y las grasas tienen funciones estructurales (forman por ejemplo, las paredes de las células) y energéticas (como bien saben nuestras cinturas). Pero la niña bonita de los bioquímicos es la proteína. Las proteínas tienen un comportamiento químico muy rico, puesto que pueden comportarse como ácidos, como bases, como solubles en agua o en aceite. Sin embargo, los ácidos nucléicos, especialmente el ADN (ácido desoxiribonucléico), son químicamente aburridos. Eso hacía que las sospechas sobre cuál era la composición del factor de transformación recayeran en las proteínas. Todo el mundo pensaba que el secreto de la vida debía tener que ver con las proteínas, por su interés químico y por que formaban la mayor parte de los cromosomas, unas estructuras que se sabía que tenían alguna relación con la herencia. Es cierto que los cromosomas también tenían ADN, pero el ADN era aburrido.

Cromosomas en una célula linfática

El principio transformador está en el ADN

Pero la ciencia necesita evidencias y no sólo hipótesis y esto es lo que consiguieron Avery, MacLeod y McCarty en 1944. Utilizando las incipientes técnicas de la biología molecular dividieron las bacterias letales muertas, que Griffith había usado, en sus componentes. Primero destruyeron los azúcares. El extracto continuaba transformando las bacterias no letales en letales. A continuación, digirieron y destruyeron las proteínas. El extracto sin proteínas seguía matando. Por fin, purificaron el ADN y el extracto de ADN puro seguía transformando. El resultado era inesperado, el principio transformador no estaba compuesto por proteínas sino por ADN.

A él, un Nobel, a ella, una palmadita en la espalda

A pesar de este resultado, la comunidad científica no cambió de idea de un día para otro y continuó siendo muy escéptica respecto a la posibilidad de que el ADN encerrase el secreto de la herencia. La comunidad científica suele ser muy conservadora, especialmente cuando los resultados son muy inesperados y exige muchas evidencias. La piedra de toque la aportaron en 1952 Alfred Hershey y Martha Chase, utilizando virus y una aproximación experimental completamente distinta, que confirmaba que el ADN era realmente el protagonista. A él, Hershey, le dieron el Nobel por esto, a ella, Martha Chase, una palmadita en la espalda.

Hershey y Chase

A-T, G-C

Había quedado confirmado que el secreto estaba en el ADN, pero a principios de los 50 el ADN era bastante desconocido. Se sabía que estaba compuesto por 4 moléculas pequeñas, llamadas nucleótidos, (Adenina (A), Timina (T), Citosina (C) y Guanina (G)) repetidas innumerables veces. Pero nadie sabía ni cómo estaban ordenados estos nucleótidos dentro del ADN, ni cómo se las apañaba el ADN para pasar la información genética de una generación a la siguiente. Lo que sí se había comprobado en 1950 era una curiosa regla. En cada especie la cantidad de nucleótidos es distinta, en unas hay más y en otras menos, y en estas diferencias entre especies pueden ser muy grandes. Pero, lo que siempre se cumple en todas las especies es que hay la misma cantidad de A que de T y la misma cantidad de G que de C. Por ejemplo, en el caso de los humanos los valores que se midieron eran: G=19.9%, C=18.8%, A=30.9% y T=29.4%. Lo cual coincide con lo predicho por la regla, siempre que tengamos en cuenta los errores experimentales.

El siguiente paso que muchos se planteaban era cómo estaban ordenados los átomos que formaban la molécula de ADN en el espacio. ¿Cuál era su estructura tridimensional? Para conseguir averiguarla los microscopios no bastaban, porque no eran capaces de ampliar hasta la escala molecular. Se necesitaba algo más potente. Por fortuna, la investigación básica en física de partículas había llevado al descubrimiento de los rayos-X en 1895 y a la cristalografía de rayos-X a principios de siglo XX.

Cristalografía de Rayos-X

La cristalografía de rayos-X nos permite averiguar cómo están organizados los átomos en un cristal, por ejemplo en un grano de sal común. Pero esta técnica no es tan fácil de utilizar como un microscopio. En primer lugar, exige que la molécula que queremos observar esté cristalizada, es decir, que adquiera una estructura ordenada y repetida en el espacio, algo que puede ser muy complicado para moléculas biológicas complejas, como las proteínas o el ADN. Cristalizar moléculas biológicas es tan difícil, que es casi más un arte que una ciencia. Además, una vez que tenemos el cristal y lo metemos en el detector, lo que obtenemos no es una foto de bolitas en 3D, sino un patrón de difracción. Un patrón muy complejo de puntos en una película fotográfica, resultado de la danza mecanocuántica de los fotones de luz en el cristal. Ambos pasos, la cristalización del ADN y la deducción de la estructura a partir de patrón de puntos ADN son endemoniadamente complejos y en los 50 exigían llevar la tecnología al límite. Por fortuna para todos nosotros, hay exploradores que no pueden evitar la llamada de la frontera.

Franklin y difracción rayos-X DNA

La carrera por la estructura del ADN

Rosalind Franklin, una experta cristalógrafa, y Raymond Gosling, su estudiante, se propusieron cristalizar el ADN y obtener buenas fotografías de los patrones de difracción. Para conseguirlo, tuvieron que jugar con las condiciones en las que tenían el ADN y con los propios aparatos de rayos-X, que ellos mismos iban mejorando sobre la marcha. En 1951 Franklin ya pensaba que la estructura del ADN era un hélice, pero había datos experimentales que no acababan de encajar, por lo que decidió esperar a publicar sus resultados hasta 1953. Pero en 1953 todo se acelera. En enero Linus Pauling, el gran químico, ganador de dos premios Nobel, publicó una propuesta de la estructura del ADN que resultó ser completamente errónea. La autoridad no se impone a la realidad en ciencia. James Watson y Francis Crick, que también estaban trabajando en la deducción de la estructura, pensaban que el camino a la solución pasaba por las excelentes fotografías de Franklin y Gosling. De modo que, ese mismo enero, Watson acudió al laboratorio de Franklin con el fallido artículo de Pauling bajo el brazo. Le proponía colaborar para no se les pudiese adelantar nadie más. Franklin se molestó porque no pensaba que necesitase la ayuda de nadie para interpretar sus propios datos y se negó a colaborar con Watson y Crick. Antes de marcharse del instituto de investigación, Watson decidió visitar a Wilikins, un colega de Franklin y éste hizo algo que quedará para siempre en la historia de la ciencia. Sin el permiso de Franklin, le enseñó la fotografía número 51 del patrón de difracción del ADN. Watson era una mente preparada y esta fue la única pista que necesitó.

apareamiento nucleotidos

La doble hélice

Inmediatamente volvió junto a Crick e iniciaron una carrera contrarreloj por descubrir la estructura que explicase todas las evidencias. Crearon modelos metálicos de los nucleótidos A, T, C y G y les dieron innumerables vueltas hasta que consiguieron hacerlos encajar. Se dieron cuenta que las parejas AT y GC encajadas tenían exactamente el mismo tamaño, lo cual podía ser, de algún modo, la razón de porqué en el ADN hay el mismo número de AT que de GC. A partir de ahí, su esfuerzo y su genialidad hizo el resto y en marzo de 1953 consiguieron una estructura definitiva. Inmediatamente, se dieron cuenta de que eran los primeros humanos en descubrir el secreto de la vida, cómo se las ingeniaba el ADN para copiar la información genética de una generación a la siguiente.

Estructura ADN

El secreto: ADN y herencia

Su propuesta, que es el modelo correcto, se basaba en dos cadenas de nucleótidos. Cada cadena compuesta por una secuencia de nucleótidos que podían ser A, C, T o G. Es decir, cada cadena es una larga lista de estas cuatro letras enganchadas unas con otras como cuentas en un collar. Esta secuencia de letras, exactamente como la secuencia de letras de un libro, almacena la información genética. Pero además, el ADN guarda un truco adicional. Las dos cadenas son completamente redundantes. Las dos cadenas están alineadas una junto a otra, como las dos partes de una cremallera y el truco consisten en que siempre que en una cadena hay una A en la otra hay una T y siempre que en una cadena hay una G en la otra hay una C. Esto es una consecuencia de la propia estructura. Watson y Crick habían descubierto que estas parejas (AT y GC) eran las únicas capaces de encajar en la estructura. Las otras parejas, como AC o GT,  simplemente no encajaban. Esta era la razón de que en todos los seres vivos el número de As sea igual al número de Ts y el de Gs al de Cs. Y este es el truco que utiliza la vida para copiar la información genética. Se separan las dos cadenas y con cada una de ellas puede conseguir una nueva copia de doble cadena exactamente igual a la original, porque los nucleótidos correctos de buscan el uno al otro. Esta alta fidelidad en la copia es la que permite que los gatos tengan gatitos y los tiburones tiburoncitos.

Todos sabemos además que la estructura del ADN es una hélice, pero esto no es relevante, lo importante es que es una doble hélice y que las dos cadenas tienen la misma información.

El resultados de todas estas investigaciones se publicó el 25 de abril de 1953. Watson y Crick recibieron el Nobel y se convirtieron, con razón, en dos de los científicos más famosos de la historia. Franklin y su estudiante Gosling, que habían conseguido las evidencias cruciales, no recibieron el Nobel y fueron olvidados. Franklin tuvo la desgracia de morir joven, de cáncer, en 1958. La cuestión que queda en el aire es si hubiese recibido el Nobel junto a Watson y Crick en 1962 o le habría pasado lo mismo que a Martha Chase. Eran malos tiempos para ser una mujer, aunque fuese brillante.

La vida no es simple química, es información

Una vez las moléculas aprendieron a copiarse, las reglas del juego habían cambiado. Ya no se trataba simplemente de química, sino de información. La vida había nacido, y la carrera evolutiva que llevaría a los seres vivos a conquistar el planeta había empezado y durante 3000 millones de años nada la ha detenido.