Miescher: el padre del ADN

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FIEDRICH MIESCHER es considerado por la mayoría de científicos como "el padre del ADN", ya que fue el descubridor de estas sustancia química, que se encontraba en el núcleo de la células y que, en consecuencia, llamó Nucleína.



Nacido en 1844 en Basilea, estudió Medicina y se especializó en Bioquímica en la Universidad alemana de Tubinga, donde se decidió a estudiar la composición química del núcleo celular, una estructura que había sido descubierta por el botánico inglés Robert Brown en 1831 y que se había comprobado que se encontraba en prácticamente todas las células conocidas, además de sospecharse que debía tener una misión importante en la vida de las mismas.

Para obtener un suministro abundante de células a las que poder extraer los núcleos, Miescher decidió recoger las vendas llenas de pus del hospital de la ciudad, ya que el pus está formado por millones de glóbulos blancos muertos en su lucha contra los microorganismos que infectan las heridas.

El siguiente paso era separar las células del resto de sustancias presentes en el pus, especialmente grasa. Esto lo consiguió lavando con sulfato de sodio y posteriormente con alcohol caliente.

A continuación, un tratamiento con ácido le permitía destruir las células y separar los núcleos, que precipitaban en el fondo del tubo de ensayo.

Una vez que logró separar y aislar los núcleos de los leucocitos, se encontró con un problema: debía romper la membrana nuclear para extraer el contenido de los mismos.
Para ello se le ocurrió utilizar una enzima que se encuentra en el estómago de muchos mamíferos, la pepsina, cuya función es digerir las proteínas de los alimentos.
Obtuvo esta enzima pidiendo el contenido del estómago de cerdos en una carnicería local. Con el extracto de dicho contenido estomacal trató los núcleos, de manera que la pepsina digirió las proteínas de la membrana y también del interior.
De este modo, obtuvo un precipitado que estaba formado por aquellos componentes del interior de los núcleos que no eran proteínas.

Analizó químicamente esta sustancia y comprobó que estaba formada por C, H, O, N, además de P y S. También halló que se trataba de una molécula de carácter ácido.
La mayoría de las moléculas orgánicas conocidas contenían los primeros 4 elementos, que son los esenciales en la materia viva.
El azufre era frecuente en muchas proteínas, pero no se conocía ninguna molécula orgánica que estuviera formada por fósforo (en forma de fosfato) y, además, en una cantidad importante (alrededor del 6%).

Miescher concluyó que la sustancia que ocupaba mayoritariamente el interior del núcleo de las células era una molécula diferente, no comparable a ninguna otra conocida hasta la fecha.
Repitió sus experimentos con células de animales y vegetales y siempre obtuvo los mismos resultados, lo que le llevó a publicar estas investigaciones en un artículo en el que afirmaba que el componente principal del núcleo celular era un tipo de molécula ácida, desconocida hasta el momento y que contenía cantidades importantes de N y P.
Con toda lógica, denominó a esta sustancia NUCLEÍNA.


En las décadas siguientes, varios químicos se dedicaron al estudio de la composición de la nucleína.

Richard Altmann
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Albrecht Kossel
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Hermann Emil Fischer
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Phoebus Levene
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Albrecht Kossel (Premio Nobel de Medicina o Fisiología en 1910) y Hermann E. Fischer (Premio Nobel de Química en 1902) descubrieron la presencia de las distintas bases nitrogenadas en la estructura de la nucleína.
Richard Altmann demostró, en 1889, que la nucleína era en realidad un complejo formado por proteínas y otra sustancia, ácida, a la que llamó "Ácido Nucleico", nombre que ha permanecido hasta la actualidad.


Finalmente, Phoebus Levene comprobó que el ácido nucleico de Altmann estaba compuesto por ácido fosfórico, pentosas (ribosa o desoxiribosa) y bases nitrogenadas.

Además, diferenció dos tipos de ácidos nucleicos, hoy conocidos como ADN y ARN, y consiguió descomponerlos en unidades más pequeñas, que estaban formadas por un azúcar, ácido fosfórico y una base nitrogenada.

Levene llamó a estas unidades "Mononucleótidos" y concluyó que, por tanto, los ácidos nucleicos, que estaban formados por la unión de miles de estas unidades, eran "Polinucleótidos", sugiriendo también una posible estructura para ellos. Esta estructura fue confirmada más tarde por Alexander R. Todd (Premio Nobel de Química en 1957).

(Como podemos comprobar, una vez más, no siempre los Premios Nobel han hecho justicia a los grandes científicos, pues Levene nunca lo recibió. Miescher y Altmann murieron antes de que se instituyesen estos galardones).

Alfred Wegener: los continentes se mueven

Tomado de "wikipedia.org"

ALFRED WEGENER (Berlín, 1880) es uno de los ejemplos más típicos de lo que Isaac Asimov llama "los herejes de la ciencia", es decir, un científico que presentó una teoría tan absolutamente revolucionaria que fue ridiculizado por las grandes mentes de su tiempo.


Además, no llegó a ver la aceptación de su teoría cuando finalmente las pruebas acabaron por demostrar que tenía razón, ya que falleció en 1930 durante una expedición meteorológica a Groenlandia.

Aunque se doctoró en Astronomía tras licenciarse en Física, enseguida su interés científico se centró en la Meteorología y Climatología, disciplinas a las que se dedicó el resto de su vida, realizando importantes avances y escribiendo un libro de texto que fue muy utilizado en Alemania durante mucho tiempo.

Sin embargo, es mundialmente famoso por su incursión en el campo de la Geofísica.

Esto ocurrió en 1911, cuando Wegener, que se interesaba por distintos campos de la ciencia, encontró en la biblioteca de la Universidad de Marburg (donde era catedrático de Meteorología y Astronomía) un artículo de un geólogo aficionado norteamericano, Frank Bursley Taylor, en el que proponía que la similitud entre las costas de África y Sudamérica era debida a que en algún tiempo dichos continentes habían estado unidos y se habían desplazado de algún modo.
Taylor también afirmaba que las cadenas montañosas podrían haberse formado por el choque entre continentes.

Evidentemente, esta teoría sólo recibió burlas entre los escasos científicos que llegaron a leerla.
Pero Wegener quedó fascinado por tan atrevida idea y se dedicó a estudiar en profundidad la posibilidad de encontrar pruebas que la apoyaran.

Así, además de comprobar las coincidencias entre los litorales de los continentes, analizó numerosos fósiles de animales y plantas que eran idénticos habiendo aparecido en lados opuestos del océano Atlántico, muchos de los cuales era imposible que hubiesen cruzado el océano, por su tamaño u otras características.

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También estudió ciertas cadenas montañosas que parecían continuarse exactamente a ambos lados del Atlántico, especialmente los montes Apalaches de Norteamérica y las Highlands escocesas, así como el sistema Karoo de Sudáfrica y los montes Santa Catarina de Brasil.
No sólo la morfología coincidía exactamente, sin que estaban formados por las mismas rocas y estratos.

Igualmente, descubrió que los fósiles encontrados en distintos lugares del planeta correspondían a seres vivos típicos de climas totalmente diferentes al que presenta la zona en la actualidad. Así ocurre con fósiles de plantas y animales de clima tropical que han aparecido en lugares como el Ártico o el desierto del Sahara.

Una vez recopilados todos estos datos, en 1915 publicó un libro, "El origen de los continentes y los océanos", en el que explicaba la teoría que hoy se conoce como Teoría de la deriva continental.

Básicamente, Wegener expone en su libro que hace unos 300 millones de años, todos los continentes de la Tierra se encontraban unidos, formando una única masa terrestre rodeada de océano.
Llamó a esta masa continental PANGEA (de las palabras griegas pan, todo; y gea, tierra), toda la Tierra, mientras que el océano sería PANTHALASA (thalassos, mar), todo el mar.

Tomado de "affirmatiopost.me"

Pangea se habría fracturado por diferentes lugares, dando lugar a una serie de masas continentales independientes, que comenzarían a moverse en distintos sentidos (a "derivar"), alejándose unas de otras lentamente, de manera que habrían dado lugar a la actual distribución de los continentes.
Además, supuso que esta deriva continuaría y que en un futuro no lejano sería posible comprobar el desplazamiento de los continentes cuando se desarrollasen métodos de medición geodésicos muy precisos.

Publicó varias revisiones de la obra, la última de ellas en 1929, aportando más pruebas y mejorando sus argumentos.

Sin embargo, aunque recibió apoyos, la mayoría de la comunidad científica del momento se opuso a tal teoría, aportando algunos investigadores datos en contra de la misma y otros poniendo en duda la categoría del propio Wegener como científico.

Wegener tuvo que aceptar que su teoría tenía una gran laguna, que debería despejarse en el futuro y era, como los detractores de la misma le repitieron en cada ocasión, la imposibilidad de explicar científicamente de dónde procedía la monumental fuerza necesaria para mover las enormes masas continentales, algo impensable en esos momentos, además de los mecanismos mediante los cuales dicha fuerza (en caso de existir) realizaba el arrastre de los continentes.


Hubo que esperar muchos años para que estas incógnitas empezaran a despejarse y llegasen pruebas definitivas de que Wegener tenía razón, pero esto no ocurrió hasta finales de la década de 1950, bastante después de su muerte. Por eso, Wegener murió sin haber obtenido el reconocimiento de la comunidad científica.

Wegener, en la expedición a Groenlandia en la que encontró la muerte
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Rosalind Franklin, la gran olvidada

En muchos aspectos, la vida de Rosalind Franklin recuerda a la de Marie Sklodowska (Marie Curie), pero con la gran diferencia de que jamás fue reconocido su trabajo, en especial su decisiva contribución al descubrimiento de la estructura del ADN.



Rosalind nació en Londres, en 1920.
Estudió Química en la Universidad de Cambridge, a pesar de la oposición de su padre, que de acuerdo a la mentalidad aún dominante en ese época, consideraba que una mujer no debía realizar estudios superiores, sino prepararse para el matrimonio.

A pesar de ello, se graduó en 1941 y obtuvo el doctorado en Química-Física en 1945, por la misma Universidad.

Una estancia de 3 años en Paris le permitió especializarse en una nueva técnica muy útil en las investigaciones de Cristalografía: la "difracción de rayos X".

Esta especialización le facilitó conseguir un puesto de investigadora en el departamento de Biofísica del King's College de Londres.

Maurice Wilkins
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A lo largo de varios años trabajó junto a Maurice Wilkins y Raymond Goslind, otros dos especialistas en rayos X, teniendo numerosas dificultades causadas por el trato recibido de sus compañeros masculinos, tanto en la institución en general (las mujeres no podían entrar en la sala de profesores del King's College, por ejemplo) como en su propio laboratorio, donde fue frecuentemente menospreciada, en especial por Wilkins, con el que acabó teniendo una mala relación, pues se negaba a considerarla como una igual a todos los efectos, considerándola una ayudante por tratarse de una mujer.

En los años 50, varios laboratorios del King's y otros de distintas instituciones científicas poderosas, sobre todo en Francia y USA, se habían lanzado al estudio del ADN, con el fin de lograr desentrañar su estructura. Algo lógico, tras la demostración, pocos años antes, por parte de Oswald T. Avery y sus colaboradores (C. McLeod y M. McCarthy) de que el ADN era la molécula responsable de los caracteres hereditarios (ver el artículo en este blog).

Este descubrimiento de "la molécula de la vida" desató una carrera entre numerosos científicos para conocer su estructura.
Entre ellos, el más avanzado era el premio Nobel de Química Linus Pauling, que había descubierto la estructura helicoidal de las proteínas (la llamada hélice alfa) y que proponía que el ADN debería tener una estructura muy parecida, aunque los datos experimentales no estaban de acuerdo con ello.

A la Universidad de Cambridge llegó un postdoctorado norteamericano, James D. Watson, que entró a trabajar junto a Francis Crick, que entonces se dedicaba al virus del mosaico del tabaco, pero pronto también se involucraron en el estudio del ADN, al comprender su importancia.
Estos llegaron a proponer la posibilidad de que realmente la molécula de ADN no fuese una hélice sencilla, sino triple, es decir, tres cadenas enrolladas entre sí, pero tampoco contaban con datos experimentales que apoyaran esta idea.

Mientras tanto, en el laboratorio de Biofísica también se habían volcado en el estudio de la famosa molécula, a través de la técnica en que eran especialistas, la difracción de rayos X.

El método, en el que Franklin era especialmente diestra, era tomar una muestra cristalizada de ADN e introducirla en una pequeña cápsula para ser atravesada por un haz de rayos X, colocando a continuación una placa fotográfica sobre la que incidían los rayos tras atravesar la molécula.
De este modo, como los rayos X velan las placas fotográficas, dejaban una impresión en los lugares de la placa sobre los que habían impactado.

Como los rayos entraban de forma paralela y los átomos del ADN los desviaban al contactar con ellos, la imagen que se formaba en la placa fotográfica era un reflejo de cómo estaban colocados dichos átomos en la molécula.

Sin embargo, la técnica era muy compleja y resultaba enormemente difícil conseguir fotografías más o menos nítidas, por lo que el trabajo se prolongó durante mucho tiempo, sin resultados que pudieran ser interpretados.

Pero Franklin tenía en su archivo varias placas, obtenidas tras muchas horas de exposición, en condiciones muy controladas, que ofrecían una resolución aceptable.
A partir de ellas, dedujo que la estructura del ADN debía estar formada por dos cadenas, ya que dejaba una impresión en forma de cruz.

Como Watson y Crick estaban en contacto con Wilkins y Franklin, les preguntaron sobre la posibilidad de que la difracción de rayos X pudiera apoyar que el ADN estuviera formado por una triple cadena.
Franklin afirmó que más bien parecía que fuesen dos, pero no les entrego sus placas porque pensaba que no eran lo suficientemente claras y pretendía obtener otras de mayor calidad.

Fue Wilkins quien decidió tomar una de esas placas, la más nítida, que luego sería mundialmente conocida como "la fotografía 51", sin permiso de Franklin y entregarla a Watson y Crick.

La fotografía 51 (tomado de poramoralaciencia.com)

A partir de esta foto y gracias a numerosos datos de diverso tipo que habían recopilado, lograron elaborar un modelo de la estructura del ADN que se ajustaba perfectamente a todas las pruebas físicas y químicas.

Watson y Crick, junto a su modelo del ADN
Tomado de "New York Times (nytimes.com)

En marzo de 1953, estos dos científicos publicaron un artículo en la revista "Nature" donde proponían la estructura en doble hélice para el ADN. Esta estructura se reveló posteriormente como correcta y por ello recibieron el Premio Nobel de Medicina o Fisiología, junto a Wilkins, en 1962.


Nadie se acordó de Rosalind Franklin, que había muerto 4 años antes, a la edad de 38 años, a causa de un cáncer, probablemente consecuencia de su frecuente contacto con las radiaciones en su trabajo.

Incluso después de muerta, tanto Watson como Wilkins se refirieron a ella en más de una ocasión, cada vez que se les preguntaba sobre su participación en el descubrimiento, en términos despectivos, como "la oscura dama" o "Rosy, la ayudante de Wilkins que podía haber sido bonita...".


Hoy día se conocen datos que apoyan la idea de que el trabajo de Franklin fue fundamental para el descubrimiento e incluso se habla de un manuscrito en el que preparaba un artículo en el que explicaba que la estructura del ADN era doblemente helicoidal.

Por esto, en los últimos años se ha reivindicado su nombre y su importancia como científica, a pesar de su corta vida (Google le dedicó un "doodle" recientemente).