Dobre hélice medio século
2003/04/01 Carton Virto, Eider - Elhuyar Zientzia | Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria
Cal é a razón paira coñecer a maquinaria da vida? Curiosidade? Control? Poder crear novos seres vivos? Cales son as principais causas de curación? Sufrir o menos posible? Alargar a vida? Por que a longa vida é mellor que a curta? Por que fuximos da morte? Por medo? Até que punto o ser humano ten dereito a transformar o ciclo da vida?
Estas preguntas saíron das orixes da bioloxía. Quizais antes. Con todo, a investigación do ADN resucitou e actualizado. Pero non é una conta instantánea. Paira ver de onde vén esa actualización basta con tirar da investigación. Até cando? Polo menos ata que o microscopio converteuse nunha ferramenta habitual paira os biólogos.
As células eran moi interesantes por moitas razóns. Por exemplo, gardan o segredo da herdanza: todas as células son copias doutras células anteriores. As células crean novas células. Como é posible? O microscopio non respondía. Realizaron moitos experimentos paira buscar resposta. E aos poucos os resultados orientaron a investigación cara ao núcleo celular.
Con todo, a herdanza non é só copiar células. Ademais, a través da herdanza, as características do ser que se reproduce repítense no ser que nace. A partir desta idea, en 1906, o biólogo de Wilhem Ludwig Johannsen inventou a palabra gene. O xene era un "algo" que transmite una característica, pero XX. A principios do século XX os científicos non tiñan nin idea de como era ese 'algo' e de que está feito.
Cal é o obxectivo?
Si obsérvase ben, dentro do núcleo das células vese una mestura de materia. E si atrapamos á célula mentres se copia, vese claramente que o núcleo da confusión son os filamentos. En 1888, o alemán Wilhem von Waldeyer propuxo a palabra cromosoma paira designar os filamentos.
Waldeyer non puido ver o aspecto destes filamentos; hoxe sabemos como separar os compoñentes desta mestura e que os cromosomas teñen forma de X. Pero paira a maioría dos científicos da época, o aspecto dos cromosomas non era importante. Pola contra, querían saber si os cromosomas e os xenes eran o mesmo.
Os cromosomas e os xenes non son o mesmo. Con todo, hai razóns paira pensar o contrario. En definitiva, tanto os cromosomas como os xenes están 'repetidos' en cada célula. Por que non será un cromosoma a información dunha característica do ser? Walter S. O citólogo Sutton tiña moi claro que o home herdaba miles de calidades e só ten 23 cromosomas diferentes. Non había dúbida. En cada cromosoma necesitábanse moitos xenes. Entón, como son os xenes fisicamente?
Bombas e bacterias
A estrutura da molécula de ADN é a resposta a esta pregunta. Agora sabémolo. Pero cara a 1920 os científicos non o tiñan nada claro. No núcleo, xunto co ADN, había proteínas, pero non se sabía cal era a súa función.
ADN ou proteínas? Quen determina as características do ser vivo? Sen ningún outro tipo de análise, as proteínas parecen moléculas moito máis complexas e interesantes que o ADN.
En definitiva, as partes básicas necesarias paira formar una proteína teñen una variedade moito maior que as necesarias paira formar ADN. Hai vinte aminoácidos que poden intervir na estrutura das proteínas, mentres que o ADN utiliza só catro nucleótidos. (Isto fai que a estrutura do ADN non varíe dunha molécula a outra e que os cambios entre proteínas sexan enormes. Con todo, os biólogos descoñecían entón a estrutura destas moléculas). Con todo, na década de 1930 non era posible responder a esta pregunta. Non é de estrañar.
Paira investigar o que está dentro do núcleo necesítanse moitos recursos, e nesa época os científicos non dispuñan dos equipos adecuados e non sabían os conceptos básicos que había que saber. Quizá era demasiado pronto paira a bioloxía. Entre outras cousas, necesitaba física. Por exemplo, hai que lembrar que a difracción de raios X foi fundamental paira o estudo das estruturas das biomoléculas.
Predominaba a física na ciencia. Así o pensan os historiadores da ciencia. O átomo, a radiación electromagnética, a relatividad, a mecánica cuántica… estaban a emerxer novos conceptos físicos que alteraron a ciencia. A primeira metade do século foi paira a física, a ciencia era innovadora paira una sociedade innovadora e estaba disposta, entre outras cousas, a aplicala en guerras totalmente innovadoras. Tras a explosión da bomba atómica en Hiroshima, moitos científicos asustáronse coa capacidade do átomo, pero xa non se podía retroceder.
Estrutura e premio
Pero a guerra non foi estéril desde o punto de vista biolóxico. En 1944, os estadounidenses Oswald Avery, Colin McLeod e Maclyn McCarty deron un paso importante: Viron que o ADN era a clave da herdanza.
Estes biólogos traballaban cos pneumáticos. No laboratorio empregábanse dous tipos de neumococos, uno cunha superficie de rugosidad e outro con cuberta superficial suave. No experimento dos científicos extráese o ADN duns "suaves" do neumococo morto e inxéctase aos engurrados vivos. Co tempo, estes últimos desenvolveron una cuberta lisa, é dicir, aínda que proveñan de organismos mortos, o ADN podía transmitir características.
Este descubrimento impulsou a investigación do ADN. Ademais, ao finalizar a guerra, os investigadores europeos melloraron notablemente as súas condicións de traballo. Nesta situación, a investigación do ADN era moi tentadora, xa que ao tratarse dunha molécula tan importante, probablemente o que clarificaba a estrutura gañaría o premio Nobel.
Nesta investigación participaron os ingleses James Watson, Francis Crick, Maurice Wilkins e Rosalind Franklin. É una historia escura que foi tema de moitos escritos (por exemplo, véxase Elhuyar Zientzia eta Teknika 185, 20-23). páx. ).
O 28 de febreiro de 1953 Watson e Crick propuxeron o modelo de dobre hélice, que foi publicado no número 25 de abril da revista Nature xunto con outras investigacións. Por este descubrimento foron galardoados co Premio Nobel de Medicamento de 1962 xunto a Maurice Wilkins. Rosalind Franklin xa morrera.
ADN, estrutura elegante
Cumpriron cincuenta anos desde que Watson e Crick deron a coñecer a estrutura do ADN e o mundo quixo celebralo. Estes días escoitarase con frecuencia a definición da estrutura do ADN. que foi un dos fitos científicos do século XX. Con todo, ese mesmo ano, en 1953, Max Perutz sentou as bases paira aclarar a estrutura das proteínas; e en 1955, Sanger leu por primeira vez a secuencia de aminoácidos dunha proteína.
Teñen menos importancia que a dobre hélice? Está claro que non. Entón, por que tanta desequilibrio nas celebracións? Parece que a clave está na elegancia.
A dobre hélice é una estrutura elegante que se converteu na icona da ciencia moderna. Os artistas tamén o queren. Pero fai 50 anos non foi así.
Nos anos seguintes ao descubrimento o dobre hélice non recibiu gran atención por parte dos científicos. Nas revistas Science e Nature até 1960, por exemplo, poucos artigos que falaban de ADN fixeron referencia á estrutura de Watson e Crick. Curioso porque entón investigábase moito sobre o ADN.
Con todo, a relación entre o ADN e as proteínas non estaba moi clara e, sobre todo, non sabían que as ordes de elaboración estaban almacenadas no ADN. Paira Robert Olby, esta é a razón pola que se deu tan poucos casos á estrutura do ADN. Olby Pittsburg, profesor emérito de Filosofía e Historia da Ciencia da Universidade, recolleu os datos mencionados.
A principios da década de 1950 sabíase que o ADN era a molécula da herdanza. Tamén sabían que está xunto coas proteínas no núcleo, pero non todas as pezas estaban unidas. Aínda non entenderon que os indicadores das características que pasan de xeración en xeración son proteínas. Por iso, o ADN e as proteínas estudábanse en dúas liñas de investigación diferentes.
O gran paso cara á unificación de liñas deuno o astrónomo George Gamow. Nos últimos anos da súa vida comezou a investigar o ADN e propuxo una teoría sobre como o ADN codificaba a información. Na súa opinión, este código estaba formado por ordes de elaboración de proteínas. Pero cal era o código concreto?
Lingüistas do ADN
O ADN estaba composto por catro letras que debían traducirse a outro idioma de 20 letras, o das proteínas. Cal era a combinación correcta? As letras do ADN tomadas de dous en dous eran dezaseis opcións, por tanto insuficientes, e de tres en 64. Podería ser. Pero, si era así, que trío correspondía a cada aminoácido? Só valía un ou máis?
A proposta de Gamow suscitou gran interese entre os científicos e creou un club con vinte científicos paira fomentar a comunicación e a amizade e propor e discutir posibles códigos: Club de gravata RNA. Era un club especial. Cada membro tiña una gravata coa estrutura do ARN e una agulla coa abreviatura do nome dun aminoácido. Esta abreviatura era o sobrenome do seu compañeiro. Neste club participaron, entre outros, Watson e Crick. Era 1954 e as cousas empezan a cambiar. Moitos amantes das proteínas dedicáronse máis a mirar o ADN.
Tres anos despois, en 1957, Crick no Simposio da Asociación de Bioloxía Experimental deu a coñecer a “Dogma principal”: Do ADN ao ARN, á proteína. Catro anos despois comprenderon as primeiras letras da linguaxe xenética.
Nun libro recoñeceu que utilizou a palabra dogma paira chamar a atención, sen saber que quería dicir realmente. A dogma é una afirmación que se considera una verdade básica, sexa ou non probas. Pero neste caso non se pode dicir que non se probou a de Crick. Hoxe todos creemos niso.
As hélices son características da bioloxía, son estruturas estables polo que a súa función de soporte é sinxela. Con todo, o caso do ADN é especial: é una dobre hélice que non cumpre funcións estruturais; é o refuxio da información.
As dúas hélices están enroladas entre si, en dirección contraria, é dicir, colocando "arriba" a secuencia repetitiva das unidades dos azucres de fosfato dun filamento, o do outro filamento queda ordenado "abaixo".
É una estrutura moi elegante, sinxela e eficaz: as unidades azucreiras desoxiribosa e os grupos de fosfatos atópanse no exterior da hélice, mentres que no interior atópanse as bases paira manter unidos ambos filamentos. A información do ADN baséase na secuencia destas bases.
As células humanas teñen 23 pares de cromosomas, a metade de pais e a metade de nai. Os óvulos e espermatozoides só 23. E estes cromosomas non son puros. Dunha célula de 23 pares de cromosomas fórmanse dous óvulos, pero antes da súa distribución prodúcese o proceso denominado recombinación. Entre pares de cromosomas coa mesma información, as partes de ADN intercámbianse, dalgunha maneira mestúrase a información do pai e da nai e logo prodúcese a división. Así, de xeración en xeración non se transmite a mesma información xenética. En 1972 conseguiuse facer o mesmo no laboratorio. Investigadores da Universidade de Standford crearon una molécula de ADN de material xenético de ambos os virus. En 1970 identificáronse nas bacterias encimas capaces de coñecer e cortar determinadas secuencias da cadea de ADN e, dous anos despois, Paul Berg illou a unha delas paira cortar o ADN. Cortou o ADN do virus do mono SV40 que produce cancro e unificouno cun virus que contamina as bacterias a través doutras encimas. O seguinte paso é esa molécula de ADN E. Coli era injertado na bacteria, pero quen o conseguiu asustouse ou deixou aí o experimento. Ese mesmo ano, xunto con outros investigadores, publicou una carta na revista Science, na que propón suspender durante un ano as investigacións sobre a recombinación do ADN. Pero non tivo éxito. O primeiro organismo modificado xeneticamente naceu na Universidade de Stanford en 1973. |
A información que contén o material xenético pódese ler 'manualmente', pero a bacteria máis pequena tamén ten moitos datos. A cantidade de datos é un problema grave tanto na recollida, como no almacenamento e na análise.
A solución a este problema chegou en 1986. O estadounidense Leroy Hood desenvolveu a primeira máquina que le automaticamente a secuencia do ADN. Isto supuxo un gran impulso aos proxectos creados paira coñecer os xenes.
O maior eco destes proxectos está relacionado coa secuenciación completa do xenoma humano. Trátase dun xigantesco proxecto de acceso e análise da información contida nos 23 cromosomas do ser humano, supostamente finalizado.
A metodoloxía que comezou a utilizar o PNS era lenta e a primeira idea era finalizar o traballo durante quince anos, aínda que os avances permitiron reducir o prazo e anunciaron que finalizaría en 2003.
En 1998 souberon que una empresa privada puxo en marcha o mesmo proxecto, a empresa Celera Genomics Corporation. Esta empresa quería utilizar una metodoloxía nova e máis rápida. Entón, os PNB cambiaron a estratexia tentando acelerar dalgunha maneira o proceso. En lugar de realizar o traballo con gran precisión, nun prazo máis breve elaborarase un borrador do mapa do xenoma. A partir deste borrador acometeríase un traballo concreto.
A empresa Celera Genomics tiña outra estratexia: romper todo o xenoma e ler o código de todos os anacos. Antes de mergullarse totalmente no proxecto, Celera Genomics confirmou que a metodoloxía era máis rápida utilizando xenomas de pequenos organismos.
O 13 de febreiro de 2001, as revistas científicas máis prestixiosas do mundo, Nature e Science, publicaron senllos números especiais paira a presentación de dous borradores do xenoma humano, da organización do Proxecto Internacional de Xenoma Humano e da empresa privada Celera Genomics, respectivamente.
Gai honi buruzko eduki gehiago
Elhuyarrek garatutako teknologia
