Descubriendo la estructura del ADN

Tal día como hoy hace 63 años, un 28 de febrero de 1953, se descubrió lo que algunos llaman el evento científico más importante del siglo XX tras la publicación de El Origen de las Especies por Darwin. No fue hasta ese mismo día cuando se supo con certeza la verdadera estructura tridimensional que tenía el ácido desoxirribonucleico o ADN. Con este descubrimiento se abrió la puerta a una nueva disciplina biológica, la genética molecular (una de las más vitoreadas en nuestros días), sentando así las bases estructurales y químicas para el reciente campo. Pero, ¿cómo se llegó al hallazgo de esta estructura tan trascendental? Aunque en la historia hayan perdurado como descubridores unos pocos nombres, James Dewey Watson y Francis H.C. Crick fundamentalmente, la realidad acoge a múltiples nombres, unos que participaron directamente en el evento y otros indirectamente. La historia también nos cuenta cómo algunos hechos sustanciales ocurridos en las vidas de Watson o Pauling (entre otros) han permitido que se llegue a tal acontecimiento. El ADN no era un polímero novo para la época, se sabía que estaba compuesto por una sucesión de nucleótidos, que a su vez se componían de grupos fosfato, bases nitrogenadas y pentosas (azúcares de cinco átomos de carbono). Lo que no estaba tan claro era si se trataba de la base química del mecanismo hereditario. En la década de 1940 y principios de 1950 (hasta hace unos pocos años antes del post-doctorado de Watson en Inglaterra) se creía que la proteína conformaba esta base química, una idea que parecía inamovible y sólida por las evidencias que se presentaban a favor de un cristal aperiódico, como lo llamaba Schrödinger, cuya aperiodicidad era necesaria para una secuencia informativa que codificase las instrucciones genéticas de cada ser vivo. La proteína fue estudiada a fondo mediante cristalografía de rayos X, una técnica con un apogeo impresionante en las décadas anteriores, e intentaba ser extrapolada al campo hereditario de la célula. La teoría concordaba con los hechos, las proteínas se replicaban y formaban grandes polímeros que formarían a  escala mayor los genes (aunque el mecanismo de replicación se desconocía) y los ácidos nucléicos sólo eran la estructura física donde se apoyaban las proteínas. Nada más lejos de la realidad, años antes del descubrimiento de Watson y Crick se supo que el papel del ADN en la maquinaria hereditaria era indudable (los famosos experimentos de Alfred Hershey y Martha Chase). ¿Y cómo funcionaba? ¿Cómo se transmitía la información química que codifica el fenotipo organísmico generación tras generación? Todas estas preguntas se respondieron el 25 de abril de 1953. Lo que estaba claro es que debía ser un polímero aperiódico, sin unidades o monómeros idénticos consecutivos, para ratificar la variabilidad observable en la naturaleza.

Esta historia comienza con la fortuita concesión de una beca a James Watson para estudiar en la Universidad de Cambridge en Inglaterra, tras pasar un año estudiando bacteriófagos en la Universidad de Indiana y un segundo en la Universidad de Copenhague observando la síntesis enzimática del ADN y ARN. Pero remontémonos unos cuantos años atrás. Watson estudió primeramente en la Universidad de Chicago en su país natal, obteniendo su licenciatura en ciencias con grado en zoología, y su ambición profesional por aquel entonces fue asentada por la afición de su padre, la ornitología. ¿Pero cómo decidió repentinamente estudiar genética y bioquímica dejando atrás su mayor afición y posible profesión? En 1946, con solo 18 años, Watson decidió leer el famoso y escueto libro ¿Qué es la vida? de Erwin Schrödinger. Esta lectura cambiaría por completo su visión de qué es la vida misma, aspiraba a saber cuál era esa base replicativa y genética de la que hablaba Schrödinger, el cristal aperiódico que formaba la quintaesencia de la base darwiniana: la variabilidad y transmisibilidad fundamentales para cualquier proceso biológico. Watson escribe en su libro autobiográfico La Doble Hélice: una reseña autobiográfica del descubrimiento del ADN que la lectura de ¿Qué es la vida? le cambió completamente su visión del mundo y que fue un referente importante para su posterior travesía científica. Con la idea permanente de buscar respuestas a las preguntas de Schrödinger, Watson se adentró en un grupo post-doctoral de investigación en los laboratorios Cavendish de la Universidad de Cambridge para estudiar la estructura del ADN por difracción de rayos X. Fue aquí donde tras dos años de estudio se llegó al descubrimiento del siglo. En este grupo de investigación se encontraba Francis Crick, un biólogo molecular con unos años más en la espalda que Watson y quien se encargaría de ser el apoyo durante los dos años que perduró esta campaña científica en Inglaterra (y que finalmente pasó a la historia como el codescubridor de la estructura del ADN). Crick fue un físico que pasó a interesarse por la biología gracias a la gran influencia de dos científicos: Erwin Schrödinger, al igual que fue una fuente de inspiración para Watson, para Crick fue el motivo de su mudanza conceptual; y Linus Pauling, uno de los primeros químicos cuánticos y descubridor del enlace peptídico y otras características proteicas (y que tuvo un papel importante en nuestra historia del descubrimiento de la estructura del ADN). Watson y Crick trabajaron en un modesto laboratorio de biofísica de Cambridge bajo la supervisión de Sir Lawrence Bragg, un físico que había ganado el premio Nobel en 1915 con tan solo 25 años.

El estudio de biomoléculas por difracción de rayos X era una moda patente en la década de 1950 y no solo la Universidad de Cambridge, donde Watson y Crick trabajaban, hacía uso de ella. A la par que Lawrence Bragg dirigía su laboratorio, Sir John Randall hacia lo propio en el King’s College de Londres. Randall era el dirigente de un nuevo laboratorio de biofísica en Londres que estudiaba la estructura del ADN, al igual que el de Cambridge, y que tenía por profesor adjunto a Maurice Wilkins (un cristalógrafo y físico amigo de Crick desde que terminó la II Guerra Mundial). Nuestra situación actual sería la siguiente: Lawrence Bragg dirige el laboratorio de biofísica de la Universidad de Cambridge, donde Crick es el profesor adjunto con experiencia en difracción de rayos X y Watson un becario recién llegado con nociones de cristalografía adquiridas en Copenhague, y John Randall dirige otro laboratorio con la misma finalidad en la Universidad de Londres (el reconocido King’s College), donde Wilkins es el profesor adjunto. ¿Pero Wilkins no tenía un pupilo bajo su dirección? Aquí es donde entra un cuarto protagonista en nuestra historia, Rosalind Franklin. Franklin era química, hija de una familia judía británica, que hizo su doctorado en París donde aprendió cristalografía de rayos X. Tras terminar sus estudios en Francia le concedieron una beca de tres años para trabajar en el King’s College de Londres bajo la dirección de Wilkins. Sus relaciones laborales tanto con Wilkins como con Randall no fueron para nada afables, en varias ocasiones la trataban con desprecio y arrogancia por el hecho de ser mujer. Una mujer que buscaba hueco en una vida profesional y científica que estaba en la época reservada al sexo masculino…

En los dos años que duró el trabajo del descubrimiento de la estructura tridimensional del ADN (1951 – 1953), otros científicos fueron esenciales en el transcurso científico de dicho proceso. Mientras Watson y Crick se hallaban inmersos en desvelar la susodicha estructura, al igual que Wilkins y Franklin en Londres, Linus Pauling hacía lo propio en los laboratorios Cavendish también en Cambridge. Aquí es donde entra en nuestra historia Pauling, un prestigioso científico versátil, aunque fundamentalmente bioquímico, que se encontraba estudiando la estructura del ADN tras su éxito con las proteínas. Pauling descubrió la fuerza de los enlaces covalentes y la hélice alfa, la estructura secundaria de las proteínas, y se disponía a extrapolar sus conclusiones al ADN y ARN de forma independiente. Watson, a la par que trabajaba Pauling en su laboratorio, se esforzaba por encontrar fuentes que corroboraran sus observaciones estructurales: se basó en los argumentos de Alexander Todd, quien enunció los puentes fosfodiéster como vía de unión entre nucleótidos, o los de Sven Furberg, quien descubrió que la superficie plana de las bases nitrogenadas es perpendicular a la superficie del azúcar. Mientras Watson y Crick llegaban poco a poco a la estructura final, Pauling dedujo en 1952 que la estructura del ADN debía ser helicoidal, del mismo modo que la estructura proteica  atendía a la hélice alfa. ¿Qué pasó entonces? ¿Por qué no se considera a Pauling como el descubridor de la estructura del ADN? Pauling dedujo una estructura errónea, una triple hélice. ¿Y cómo fue posible? La base conceptual se hallaba en la consideración neutra del ADN, que no se correspondía con la realidad: el ADN es ácido debido a los grupos fosfato que tienen carga negativa. Esta consideración sí fue tenida en cuenta por Watson y Crick. Teóricamente los grupos fosfato debían aflorar de la doble hélice, dando al medio extramolecular, y las bases nitrogenadas esconderse en la doble hélice a forma de escalones, siendo los azúcares el soporte de dicha hélice o escalera. Este importante dato fue aportado por Franklin. 1952 fue un año de inquietud y tensión: el equipo de Pauling siempre iba un paso por delante del dúo Watson-Crick y fue aquí donde se aventuró con la hélice alfa extrapolándola al ADN mientras Watson seguía dándole vueltas a su estructura. Paralelamente a los estudios de Pauling, Watson y Crick; Wilkins y Franklin elaboraban múltiples fotografías por difracción de rayos X, acercándose poco a poco a la estructura definitiva.

1953 fue el año del descubrimiento. Mientras Pauling seguía dándole vueltas a su estructura helicoidal, y consiguió acercarse pues descubrió los 3.6 nucleótidos que hacen falta por vuelta de hélice, Watson halló un precepto esencial que fue clave para elaborar su idea estructural. Erwin Chargraff descubrió dos patrones importantes, los que posteriormente pasarían a la historia como las reglas de Chargraff: el primero sostenía que debía haber siempre una relación 1:1 de pirimidina y purina en el ADN (bases nitrogenadas), es decir, que la cantidad en una célula o ser vivo de guanina (G) es igual a la de citosina (C) y la de timina (T) a la de adenina (A). El segundo patrón aseveraba que la composición del ADN variaba interespecíficamente, es decir, que la cantidad de pirimidinas y purinas difería entre especies (la variabilidad darwiniana a nivel genético). Watson supo de la importancia de estos patrones y a finales de 1952 se reunió con Chargraff, reunión a la que asistió también Crick, para que le explicara con detalle su teoría. Su aporte fue sustancial ya que ayudó a dilucidar el emparejamiento de bases nitrogenadas en su modelo de doble hélice, así como las incógnitas que mostraban los puentes de hidrógeno. Con todo esto, el modelo estaba casi acabado. Sólo le quedaban unos pequeños ajustes métricos de ángulos entre enlaces químicos y el modelo sería válido. El equipo de Lawrence Bragg tenía los datos proporcionados por Wilkins y Franklin, pero todavía faltaban los datos no publicados, aquellos que todavía no habían sido expuestos por Franklin en conferencias. El desacierto de Pauling con la estructura helicoidal incitó a Lawrence Bragg a darse prisa con el trabajo de su equipo: todavía quedaba alguna posibilidad de ganar al eminente bioquímico. Unas semanas más tarde, a mediados de febrero, Crick adquirió las copias cristalográficas que Franklin había hecho a finales de 1952, y una en particular fue crítica para la elaboración del modelo definitivo: la famosa fotografía 51 (para más información, véase las imágenes al final del texto). Esta fotografía, adherida ahora al libro histórico de la biología, fue cedida a Crick por parte de Wilkins sin el consentimiento de Franklin (ella quería asegurarse de tener las suficientes evidencias para corroborar el modelo y no arriesgarse cuando todavía se desconocían sus posibles fallos). Estas fotografías y documentos no fueron publicados oficialmente por el equipo de Randall, pero Wilkins hizo caso omiso a las amonestaciones de Franklin y se los mostró a su amigo Crick. La foto 51 en particular proporcionó la información gráfica necesaria para finalizar el modelo de la doble hélice. El equipo de Bragg ganó al de Pauling. A finales de febrero, el 28 para ser exactos, se confirmó el gran hallazgo: Crick y Watson habían encontrado el secreto de la vida en palabras de Crick. No fue hasta pasadas unas semanas, en marzo de 1953, cuando finalizaron la construcción del modelo tridimensional y se publicó oficialmente la noticia en el King’s College y en la prestigiosa revista Nature, un artículo a nombre de James Watson y Francis Crick, con alusiones a la labor de Wilkins y Franklin (sus resultados e ideas no publicadas hasta entonces), que comenzaba diciendo:

Deseamos sugerir una estructura para la sal del ácido desoxirribonucleico (ADN). Esta estructura posee nuevas características que son de considerable interés biológico.

En una posterior edición del mismo artículo en Nature, el 25 de abril de 1953, se incluyeron los trabajos cristalográficos de Rosalind Franklin y Maurice Wilkins, obteniendo el prestigio que merecían por su ardua labor con la difracción de rayos X. Es más, el modelo de ADN descrito por Watson y Crick fue la forma B, forma hidratada del ácido presente en la mayoría de células y descrita por Franklin años atrás para diferenciarla de la forma A (forma no muy común y deshidratada). Tras la publicación del artículo definitivo, Franklin abandonó el King’s College para trabajar en el Birkbeck College estudiando el virus del mosaico del tabaco y deshaciéndose de la arrogancia y los tratos desagradables de Wilkins y Randall. Wilkins siguió en el King’s College dirigiendo un pequeño equipo científico para establecer rigurosos estudios sobre el modelo helicoidal y sus implicaciones en el mecanismo hereditario. Crick viajó a EEUU para estudiar en la Universidad Politécnica en un laboratorio dirigido por David Harker donde continuó desarrollando técnicas de difracción de rayos X en ribonucleasas y síntesis de proteínas. Watson aceptó un puesto en la Universidad de Harvard para centrarse en el estudio del ARN y su papel en la transferencia de información genética. Pauling se adentró en estudios multifacéticos tales como reacciones enzimáticas, la unión química específica entre antígeno y anticuerpo, o la replicación del ADN, que le llevarían a convertirse en uno de los más prestigiosos químicos del siglo.

En 1962, tras unos años de digestión del nuevo descubrimiento por la comunidad científica, James Watson, Francis Crick y Maurice Wilkins recibieron el premio Nobel de Fisiología y Medicina por “sus descubrimientos acerca de la estructura molecular de los ácidos nucleicos y su importancia en la transferencia de información en la materia viva”, cumplidos cuatro años desde la muerte de Rosalind Franklin por un cáncer ginecológico. En 1968 Watson decidió publicar un libro autobiográfico acerca del descubrimiento de la estructura del ADN en sus años en la Universidad de Cambridge (La Doble Hélice: una reseña autobiográfica sobre el descubrimiento del ADN). Su visión personal de la historia fue discutida por Crick y Wilkins, quienes se opusieron a su publicación inmediatamente. Aunque inicialmente estaba prevista su publicación a través de la editorial Harvard University Press, universidad donde estudió Watson tras 1954, ésta declinó la oferta por las protestas de ambos coautores del descubrimiento. En su lugar, el libro fue publicado por Weidenfeld & Nicolson en Inglaterra. No fueron para menos las protestas de Crick y Wilkins: Watson enfocó su libro en la preocupación que sentía por la gloria y afán de ser el primero en descubrir la estructura, recogiendo y buscando datos de otros científicos para tal propósito (incluyendo los datos no publicados del equipo de Randall), además de algunos comentarios sexistas contra Franklin.

Rosalind Franklin no tuvo siquiera oportunidad de ser nombrada al premio Nobel. Desde finales de 1957 estuvo ingresada en el Hospital Royal Marsden, allí escribió su testamento y donó una cantidad importante de sus fondos a la caridad, hasta que en enero de 1958 volvió al trabajo. En marzo recayó de nuevo y el 16 de abril de 1958 murió de cáncer ginecológico con carcinomatosis secundaria (una patología en la cual el cáncer ha invalidado uno o varios órganos). Franklin era judía de nacimiento, judía Ashkenazi concretamente, pero se declaraba agnóstica. En sus palabras: “Bueno, pues de cualquier manera, ¿cómo sabes que Dios es Él y no es Ella?” Franklin fue enterrada en el cementerio de la sinagoga de Willesden United en Londres con el epitafio:

Científica
Su investigación y descubrimientos
en materia de virus quedan como
un beneficio para la humanidad
ת נ צ ב ה

Bibliografía:

  1. Watson, James Dewey. La Doble Hélice: relato personal del descubrimiento de la estructura del ADN. Madrid: Alianza Editorial, 2011.

Aquí puedes ver cómo James Watson describió su propio descubrimiento el 28 de febrero de 2005 en TED talks, conmemorando los más de cincuenta años desde el mismo:

Anuncios

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión / Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión / Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión / Cambiar )

Google+ photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google+. Cerrar sesión / Cambiar )

Conectando a %s