Doble hèlix mig segle
Quina és la raó per a conèixer la maquinària de la vida? Curiositat? Control? Poder crear nous éssers vius? Quines són les principals causes de curació? Sofrir el menys possible? Allargar la vida? Per què la llarga vida és millor que la tala? Per què fugim de la mort? Per por? Fins a quin punt l'ésser humà té dret a transformar el cicle de la vida?
Aquestes preguntes han sortit dels orígens de la biologia. Potser abans. No obstant això, la recerca de l'ADN ha ressuscitat i actualitzat. Però no és un compte instantani. Per a veure d'on ve aquesta actualització n'hi ha prou amb tirar de la recerca. Fins quan? Almenys fins que el microscopi es va convertir en una eina habitual per als biòlegs.
Les cèl·lules eren molt interessants per moltes raons. Per exemple, guarden el secret de l'herència: totes les cèl·lules són còpies d'altres cèl·lules anteriors. Les cèl·lules creen noves cèl·lules. Com és possible? El microscopi no responia. Van realitzar molts experiments per a buscar resposta. I a poc a poc els resultats van orientar la recerca cap al nucli cel·lular.
No obstant això, l'herència no és només copiar cèl·lules. A més, a través de l'herència, les característiques del ser que es reprodueix es repeteixen en l'ésser que neix. A partir d'aquesta idea, en 1906, el biòleg de Wilhem Ludwig Johannsen va inventar la paraula gene. El gen era un "alguna cosa" que transmet una característica, però XX. A principis del segle XX els científics no tenien ni idea de com era aquest 'alguna cosa' i de què està fet.
Quin és l'objectiu?
Si s'observa bé, dins del nucli de les cèl·lules es veu una mescla de matèria. I si atrapem a la cèl·lula mentre es copia, es veu clarament que el nucli de la confusió són els filaments. En 1888, l'alemany Wilhem von Waldeyer va proposar la paraula cromosoma per a designar els filaments.
Waldeyer no va poder veure l'aspecte d'aquests filaments; avui sabem com separar els components d'aquesta mescla i que els cromosomes tenen forma de X. Però per a la majoria dels científics de l'època, l'aspecte dels cromosomes no era important. Per contra, volien saber si els cromosomes i els gens eren el mateix.
Els cromosomes i els gens no són el mateix. No obstant això, hi ha raons per a pensar el contrari. En definitiva, tant els cromosomes com els gens estan 'repetits' en cada cèl·lula. Per què no serà un cromosoma la informació d'una característica de l'ésser? Walter S. El citólogo Sutton tenia molt clar que l'home heretava milers de qualitats i només té 23 cromosomes diferents. No hi havia dubte. En cada cromosoma es necessitaven molts gens. Llavors, com són els gens físicament?
Bombes i bacteris
L'estructura de la molècula d'ADN és la resposta a aquesta pregunta. Ara ho sabem. Però cap a 1920 els científics no ho tenien res clar. En el nucli, juntament amb l'ADN, hi havia proteïnes, però no se sabia quina era la seva funció.
ADN o proteïnes? Qui determina les característiques de l'ésser viu? Sense cap altre tipus d'anàlisi, les proteïnes semblen molècules molt més complexes i interessants que l'ADN.
En definitiva, les parts bàsiques necessàries per a formar una proteïna tenen una varietat molt major que les necessàries per a formar ADN. Hi ha vint aminoàcids que poden intervenir en l'estructura de les proteïnes, mentre que l'ADN utilitza només quatre nucleòtids. (Això fa que l'estructura de l'ADN no variï d'una molècula a una altra i que els canvis entre proteïnes siguin enormes. No obstant això, els biòlegs desconeixien llavors l'estructura d'aquestes molècules). No obstant això, en la dècada de 1930 no era possible respondre a aquesta pregunta. No és d'estranyar.
Per a investigar el que està dins del nucli es necessiten molts recursos, i en aquesta època els científics no disposaven dels equips adequats i no sabien els conceptes bàsics que calia saber. Potser era massa aviat per a la biologia. Entre altres coses, necessitava física. Per exemple, cal recordar que la difracció de raigs X va ser fonamental per a l'estudi de les estructures de les biomolècules.
Predominava la física en la ciència. Així ho pensen els historiadors de la ciència. L'àtom, la radiació electromagnètica, la relativitat, la mecànica quàntica… estaven emergint nous conceptes físics que van alterar la ciència. La primera meitat del segle va ser per a la física, la ciència era innovadora per a una societat innovadora i estava disposada, entre altres coses, a aplicar-la en guerres totalment innovadores. Després de l'explosió de la bomba atòmica a Hiroshima, molts científics es van espantar amb la capacitat de l'àtom, però ja no es podia retrocedir.
Estructura i premi
Però la guerra no va ser estèril des del punt de vista biològic. En 1944, els estatunidencs Oswald Avery, Colin McLeod i Maclyn McCarty van fer un pas important: Van veure que l'ADN era la clau de l'herència.
Aquests biòlegs treballaven amb els pneumàtics. En el laboratori s'empraven dos tipus de pneumococs, un amb una superfície de rugositat i un altre amb coberta superficial suau. En l'experiment dels científics s'extreu l'ADN d'uns "suaus" del pneumococ mort i s'injecta als arrugats vius. Amb el temps, aquests últims van desenvolupar una coberta llisa, és a dir, encara que provinguin d'organismes morts, l'ADN podia transmetre característiques.
Aquest descobriment va impulsar la recerca de l'ADN. A més, en finalitzar la guerra, els investigadors europeus van millorar notablement les seves condicions de treball. En aquesta situació, la recerca de l'ADN era molt temptadora, ja que en tractar-se d'una molècula tan important, probablement el que aclaria l'estructura guanyaria el premi Nobel.
En aquesta recerca van participar els anglesos James Watson, Francis Crick, Maurice Wilkins i Rosalind Franklin. És una història fosca que ha estat tema de molts escrits (per exemple, vegeu Elhuyar Zientzia eta Teknika 185, 20-23). pàg. ).
El 28 de febrer de 1953 Watson i Crick van proposar el model de doble hèlix, que va ser publicat en el número 25 d'abril de la revista Nature juntament amb altres recerques. Per aquest descobriment van ser guardonats amb el Premi Nobel de Medicina de 1962 al costat de Maurice Wilkins. Rosalind Franklin ja havia mort.
ADN, estructura elegant
Han complert cinquanta anys des que Watson i Crick van donar a conèixer l'estructura de l'ADN i el món ha volgut celebrar-lo. Aquests dies s'escoltarà amb freqüència la definició de l'estructura de l'ADN. que ha estat un de les fites científiques del segle XX. No obstant això, aquest mateix any, en 1953, Max Perutz va establir les bases per a aclarir l'estructura de les proteïnes; i en 1955, Sanger va llegir per primera vegada la seqüència d'aminoàcids d'una proteïna.
Tenen menys importància que la doble hèlix? És clar que no. Llavors, per què tanta desequilibri en les celebracions? Sembla que la clau està en l'elegància.
La doble hèlix és una estructura elegant que s'ha convertit en la icona de la ciència moderna. Els artistes també ho volen. Però fa 50 anys no va anar així.
En els anys següents al descobriment la doble hèlix no va rebre gran atenció per part dels científics. En les revistes Science i Nature fins a 1960, per exemple, pocs articles que parlaven d'ADN van fer referència a l'estructura de Watson i Crick. Curiós perquè llavors s'investigava molt de sobre l'ADN.
No obstant això, la relació entre l'ADN i les proteïnes no era molt clara i, sobretot, no sabien que les ordres d'elaboració estaven emmagatzemades en l'ADN. Per a Robert Olby, aquesta és la raó per la qual es va donar tan pocs casos a l'estructura de l'ADN. Olby Pittsburg, professor emèrit de Filosofia i Història de la Ciència de la Universitat, ha recollit les dades esmentades.
A principis de la dècada de 1950 se sabia que l'ADN era la molècula de l'herència. També sabien que està juntament amb les proteïnes en el nucli, però no totes les peces estaven unides. Encara no van entendre que els indicadors de les característiques que passen de generació en generació són proteïnes. Per això, l'ADN i les proteïnes s'estudiaven en dues línies de recerca diferents.
El gran pas cap a la unificació de línies el va donar l'astrònom George Gamow. En els últims anys de la seva vida va començar a investigar l'ADN i va proposar una teoria sobre com l'ADN codificava la informació. En la seva opinió, aquest codi estava format per ordres d'elaboració de proteïnes. Però quin era el codi concret?
Lingüistes de l'ADN
L'ADN estava compost per quatre lletres que havien de traduir-se a un altre idioma de 20 lletres, el de les proteïnes. Quina era la combinació correcta? Les lletres de l'ADN preses de dos en dos eren setze opcions, per tant insuficients, i de tres en 64. Podria ser. Però, si era així, quin trio corresponia a cada aminoàcid? Només valia un o més?
La proposta de Gamow va suscitar gran interès entre els científics i va crear un club amb vint científics per a fomentar la comunicació i l'amistat i proposar i discutir possibles codis: Club de corbata RNA. Era un club especial. Cada membre tenia una corbata amb l'estructura de l'ARN i una agulla amb l'abreviatura del nom d'un aminoàcid. Aquesta abreviatura era el sobrenom del seu company. En aquest club van participar, entre altres, Watson i Crick. Era 1954 i les coses comencen a canviar. Molts amants de les proteïnes es van dedicar més a mirar l'ADN.
Tres anys després, en 1957, Crick en el Simposi de l'Associació de Biologia Experimental va donar a conèixer el “Dogma principal”: De l'ADN a l'ARN, a la proteïna. Quatre anys després van comprendre les primeres lletres del llenguatge genètic.
En un llibre va reconèixer que va utilitzar la paraula dogma per a cridar l'atenció, sense saber què volia dir realment. El dogma és una afirmació que es considera una veritat bàsica, sigui o no proves. Però en aquest cas no es pot dir que no s'hagi provat la de Crick. Avui tots creiem en això.
Les hèlixs són característiques de la biologia, són estructures estables pel que la seva funció de suport és senzilla. No obstant això, el cas de l'ADN és especial: és una doble hèlix que no compleix funcions estructurals; és el refugi de la informació.
Les dues hèlixs estan enrotllades entre si, en direcció contrària, és a dir, col·locant "a dalt" la seqüència repetitiva de les unitats dels sucres de fosfat d'un filament, el de l'altre filament queda ordenat "a baix".
És una estructura molt elegant, senzilla i eficaç: les unitats sucreres desoxiribosa i els grups de fosfats es troben en l'exterior de l'hèlix, mentre que a l'interior es troben les bases per a mantenir units tots dos filaments. La informació de l'ADN es basa en la seqüència d'aquestes bases.
Les cèl·lules humanes tenen 23 parells de cromosomes, la meitat de pares i la meitat de mare. Els òvuls i espermatozoides només 23. I aquests cromosomes no són purs. D'una cèl·lula de 23 parells de cromosomes es formen dos òvuls, però abans de la seva distribució es produeix el procés denominat recombinació. Entre parells de cromosomes amb la mateixa informació, les parts d'ADN s'intercanvien, d'alguna manera es barreja la informació del pare i de la mare i després es produeix la divisió. Així, de generació en generació no es transmet la mateixa informació genètica. En 1972 es va aconseguir fer el mateix en el laboratori. Investigadors de la Universitat de Standford van crear una molècula d'ADN de material genètic de tots dos virus. En 1970 es van identificar en els bacteris enzims capaços de conèixer i tallar determinades seqüències de la cadena d'ADN i, dos anys després, Paul Berg va aïllar a una d'elles per a tallar l'ADN. Va tallar l'ADN del virus del mico SV40 que produeix càncer i ho va unificar amb un virus que contamina els bacteris a través d'altres enzims. El següent pas és aquesta molècula d'ADN E. coli era empeltat en el bacteri, però qui ho va aconseguir es va espantar o va deixar aquí l'experiment. Aquest mateix any, juntament amb altres investigadors, va publicar una carta en la revista Science, en la qual proposa suspendre durant un any les recerques sobre la recombinació de l'ADN. Però no va tenir èxit. El primer organisme modificat genèticament va néixer en la Universitat de Stanford en 1973. |
La informació que conté el material genètic es pot llegir 'manualment', però el bacteri més petit també té moltes dades. La quantitat de dades és un problema greu tant en la recollida, com en l'emmagatzematge i en l'anàlisi.
La solució a aquest problema va arribar en 1986. L'estatunidenc Leroy Hood va desenvolupar la primera màquina que llegeix automàticament la seqüència de l'ADN. Això va suposar un gran impuls als projectes creats per a conèixer els gens.
El major ressò d'aquests projectes està relacionat amb la seqüenciació completa del genoma humà. Es tracta d'un gegantesc projecte d'accés i anàlisi de la informació continguda en els 23 cromosomes de l'ésser humà, suposadament finalitzat.
La metodologia que va començar a utilitzar el PNS era lenta i la primera idea era finalitzar el treball durant quinze anys, encara que els avanços van permetre reduir el termini i van anunciar que finalitzaria en 2003.
En 1998 van saber que una empresa privada va posar en marxa el mateix projecte, l'empresa Celera Genomics Corporation. Aquesta empresa volia utilitzar una metodologia nova i més ràpida. Llavors, els PNB van canviar l'estratègia intentant accelerar d'alguna manera el procés. En lloc de fer el treball amb gran precisió, en un termini més breu s'elaborarà un esborrany del mapa del genoma. A partir d'aquest esborrany s'escometria un treball concret.
L'empresa Celera Genomics tenia una altra estratègia: trencar tot el genoma i llegir el codi de tots els trossos. Abans de submergir-se totalment en el projecte, Celera Genomics va confirmar que la metodologia era més ràpida utilitzant genomes de petits organismes.
El 13 de febrer de 2001, les revistes científiques més prestigioses del món, Nature i Science, van publicar sengles números especials per a la presentació de dos esborranys del genoma humà, de l'organització del Projecte Internacional de Genoma Humà i de l'empresa privada Celera Genomics, respectivament.
Zu idazle
Zientzia aldizkaria
