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Genética 101: Un viaje en el tiempo desde Mendel hasta el código genético
En el blog pasado de Genética 101, recorrimos algunos momentos curiosos de la historia de la genética y la
herencia. Pasamos por los primeros animales híbridos, llamados kungas, y exploramos cómo se creía que se formaba un bebé, desde espermatozoides que, en realidad, eran diminutos humanos, hasta mujeres que, como matrioskas, contenían más personas dentro.
En esta ocasión, Nanolab te invita a descubrir cómo la ciencia de la herencia pasó a ser lo que es hoy.
Lamarck las jirafas con el cuello estirado
Hacia el final de la Edad Moderna y el principio de la Edad Contemporánea, a inicios del siglo XIX, la herencia seguía siendo, en muchos frentes, una incógnita. Se sabía que a través de generaciones se podían mejorar o empeorar especies. Por ejemplo, la botánica había disfrutado ampliamente de la hibridación y mejora de plantas, pero qué fuerza misteriosa hacía que eso pasara no se conocía.
Por un periodo existió el lamarckismo, una teoría evolutiva que proponía que las características físicas desarrolladas por los adultos podían ser heredadas por su progenie. Un gran ejemplo son las jirafas: se creía que tenían el cuello tan largo porque cada generación estiraba más su cuello, esforzándose por alcanzar ramas más altas.
Charles Darwin no abogó por lo mismo que Lamarck, pero sí contempló su teoría. Darwin propuso que las células adultas secretaban gémulas, las cuales terminaban en los órganos reproductores. Estas gémulas podían así pasar características del adulto a los hijos.
Mendel escribe algo que no le importa a nadie
Mendel está en todos los libros de biología y es reconocido como el padre de la genética. Sin embargo, varios historiadores defienden que Mendel, como persona física, tuvo poco que ver con la genética. Algunos dirían que solamente tuvo suerte.
Este monje austríaco estaba interesado en la botánica y sus trabajos lo llevaron a explorar la hibridación de chícharos. En realidad, su interés no era la herencia, sino la mejora vegetal. Como muchos científicos de su época, en 1866 publicó sus trabajos, pero en un mundo lleno de publicaciones y debates científicos, no causaron gran revuelo.
Por 34 años, la memoria de Mendel no fue más que otro escrito sobre mejora vegetal, pero justo al inicio del siglo XX, tres botánicos encontraron su trabajo y se redescubrió a Mendel. Cabe mencionar que ninguno de ellos conectó a Mendel con la genética.
Fue en 1902 que William Bateson hizo la conexión entre los escritos de Mendel y la herencia, publicando el libro Los principios mendelianos de la herencia: una defensa. En este escrito aparecen por primera vez términos que se utilizan actualmente, como alelo —cada gen tiene una copia, llamada alelo—, homocigoto y heterocigoto —combinaciones de alelos; si son dos iguales, es homocigoto; si son dos diferentes, es heterocigoto—. Pero lo más relevante de la defensa fue la ley de segregación de Mendel: Cada gameto tiene un alelo, es decir, el espermatozoide tiene uno y el óvulo otro. Curiosamente, Mendel no escribió esta ley, sino que fue su conclusión; solamente que en el siglo XX la transformaron en ley.
La batalla por la Genética
En 1906, Bateson acuñó el término “genética” para una nueva ciencia, dedicada a la herencia. Sin embargo, la genética trajo consigo una nueva batalla entre mendelianos y biométricos.
Esta es una historia de amigos convertidos en enemigos. Bateson inició siendo un gran amigo de otro científico llamado Walter Weldon. Ambos estaban interesados en entender una interrogante de la teoría de la evolución: qué fuerzas hacían que las especies evolucionaran y cambiaran.
Para Weldon, la naturaleza y las matemáticas estaban altamente relacionadas y la respuesta se encontraba en la estadística. La evolución debía ser lenta, ocurriendo poco a poco. Por otro lado, Bateson creyó en cambios radicales y saltatorios. Para él, todo podía cambiar en una generación. Pronto sus charlas sobre evolución se transformaron en peleas y discusiones. En 1900, un botánico le presentó los trabajos de Mendel a Bateson, los cuales utilizó como pruebas contundentes acerca del funcionamiento de la genética y, en el proceso, utilizó todo su poder para desacreditar a Weldon.
Weldon no estaba en contra del mendelismo, pero señaló que este no podía contestar todo sobre la herencia. Weldon estaba en lo cierto. Mendel tuvo suerte en que estudió características mendelianas: alelos dominantes y recesivos. Si hubiese escogido, por mala fortuna, otro tipo de herencia, como la ligada al cromosoma X, no hubiese hallado lo que encontró. Weldon no creía que un solo gen controlara de forma saltatoria la evolución y los cambios de especies, sino que varios genes debían responder a la evolución. Aunque Weldon tenía razón, su muerte prematura permitió que Bateson controlara la narrativa y así Mendel se convirtió en el padre de la genética.
Genes, gémulas y pangénesis
Bateson y Mendel no usaban el término “genes”. Esta palabra la adoptó otro mendeliano, llamado Wilhelm Johannsen, en 1909. Sin embargo, este gen no es el mismo que actualmente tenemos en mente. Se trató de un término casi matemático, un tipo de unidad para realizar cruces mendelianos.
Si has realizado un cuadro de Punnett, habrás visto que se utilizan mayúsculas y minúsculas para representar genes y características. Las mayúsculas son características o genes dominantes, mientras que las minúsculas son genes recesivos.
Johannsen acuñó el término gen a partir de pangénesis, una teoría de herencia antigua, pero que estuvo presente por siglos. ¿Recuerdas las gémulas de Darwin? Son parte de la pangénesis. Otras palabras que este científico incluyó en el mundo de la genética fueron fenotipo, las características que vemos, como los ojos azules, y genotipo, el conjunto de genes.
Los genes se guardan en los cromosomas
Tendremos que dar un pequeño salto al pasado, ya que los cromosomas se descubrieron antes de redescubrir a Mendel. Estas estructuras celulares se observaron por primera vez en la década de 1840, aunque el término cromosoma llegó en 1888. Los científicos del siglo XIX los observaron mientras estudiaban cómo se reproducían las células. Un científico llamado Weldeyer, al teñir las células para verlas bajo el microscopio, observó que aparecían cuerpos con color; de ahí su nombre cromo (color) soma (cuerpo).
¿Para qué servían los cromosomas? No se sabía, pero desde el redescubrimiento de Mendel algunos supusieron que los genes o factores mendelianos estaban almacenados en ellos. Sin embargo, el mismo Bateson no lo creyó.
Otro científico que juzgó a los cromosomas fue Thomas Hunt. No obstante, Hunt comenzó a estudiar moscas de la fruta usando mendelismo y se dio cuenta de su error. Esos cromosomas sí guardaban genes y, en un giro de 180 grados, publicó un libro uniendo la teoría mendeliana y la teoría de los cromosomas. Ahora, los genes no eran una unidad inventada, eran una fuerza mecánica dentro de los cromosomas.
Los cromosomas y el sexo
¿Qué decide el sexo en los humanos? Fue una pregunta que comenzó a contestar una mujer llamada Nettie Stevens. Esta científica estudió la reproducción del gusano de la harina y notó que los espermatozoides pequeños creaban machos y los grandes, hembras. Tras analizar las células de los gusanos macho y hembras, notó que todos los cromosomas de la hembra eran grandes, pero en los machos había uno pequeño. Así, en 1905 se identificaron los cromosomas sexuales X e Y.
¿Los genes son ADN?
La historia del ADN es fascinante. Se descubrió en 1869, cuando Frederick Miescher aisló un componente celular que químicamente era distinto al resto, ya que tenía altas concentraciones de fósforo a diferencia de las proteínas, carbohidratos y grasas. A esa sustancia la llamó nucleína, una sustancia que no generó mucho interés. Años después, un alumno de Miescher volvió a aislar la misma sustancia y la llamó ácido nucleico. Este nombre evolucionó a ácido desoxirribonucleico (ADN) cuando en la década de los 20 se entendió mejor la composición de esa sustancia extraña en las células, pero, ¿qué hacía el ADN? No se sabía.
En 1944, tres científicos, llamados Avery, MacLeod y McCarty, hicieron un descubrimiento impactante. Ese ADN podía transformar las células. En un experimento, se dieron cuenta de que si una bacteria no peligrosa (no patológica) recibía ADN de una bacteria peligrosa (patológica), esta se volvía peligrosa y adquiría la capacidad de enfermar.
Casi diez años después, en 1952, Alfred Hershey y Martha Chase hicieron un experimento revolucionario para probar que el ADN contiene genes. Este par de mentes decidió descubrir qué inyectaba un virus para infectar: proteínas o ADN. Utilizaron un bacteriófago —un virus que infecta bacterias— para ver qué introducía a la bacteria y descubrieron que lo que metía era ese material ácido y lleno de fósforo. Los bacteriófagos inyectaban ADN. De esta forma se llegó a la conclusión de que el ADN contiene genes, pequeñas instrucciones que le dicen a la célula qué hacer.
La estructura del ADN: una traición y un robo
Varios grupos de investigadores iniciaron una carrera por descubrir la estructura del ADN para entender cómo una molécula podía guardar y transmitir información. Rosalind Franklin y Maurice Wilkins trabajaban en King 's College con cristalografía y rayos X para ver la estructura de moléculas. Por otro lado, Crick y Watson trabajan estudiando estructuras moleculares.
En lo que algunos llaman una traición, Wilkins mostró un trabajo no publicado de Rosalind Franklin a Watson y Crick y una fotografía. Para la mayoría, esa foto no hubiese dicho nada; parece una simple X. Sin embargo, para Crick y Watson dijo mil palabras. Les enseñó cómo armar el código de la vida. Así, con alambre construyeron un modelo de doble hélice y descubrieron la estructura del ADN, una configuración que además explicaba cómo funcionaba esta molécula: Dos cadenas complementarias capaces de pasar códigos entre ellas y el ARN.
Los tres hombres llegaron a ganar el premio Nobel por el descubrimiento. Es verdad que Rosalind Franklin no podía ganarlo, ya que había muerto por cáncer de ovario, pero el crédito que merecía tardaron años en dárselo.
¿Cuántos cromosomas tiene un humano?
Aunque se sabía que las células tienen cromosomas, contarlos no era sencillo. El cariotipo humano a lo largo de la historia pasó por diferentes números: 24, 36 o 48 cromosomas. En 1956, Tjio y Levan encontraron que el número correcto era 46, gracias a mejores técnicas de cariotipo.
Poco tiempo después, un diminuto club se juntó en Chicago para establecer como regla que un humano normal tiene 46 cromosomas. ¿Para poder opinar y ser parte de ese club? Tenías que haber demostrado que el cariotipo humano normal tiene 46 cromosomas.
El número de cromosomas puede enfermar
Entre 1958 y 1959, un grupo de franceses descubrió algo que cambió el rumbo de la genética: el material genético puede enfermar. Esto no es en sí una novedad, ya se había discutido hace mucho tiempo, pero este grupo presentó pruebas. Lejeune, Gauthier y Turpin le mostraron al mundo que un niño con tres cromosomas 21 tenía síndrome de Down.
El síndrome de Down ya se conocía, pero su causa no. El grupo francés identificó que una anomalía en el número de cromosomas podía causar la enfermedad. Pronto estalló una competencia por descubrir nuevas alteraciones cromosómicas y sus respectivas enfermedades. Así, en el mismo año, se descubrió el síndrome de Turner, Klinefelter y superhembra (actualmente trisomía X).
La genética, por si no te has dado cuenta, vivió casi toda su vida en el reino de la biología, zoología y botánica. El descubrimiento de que el material genético podía enfermar abrió la puerta a que se colara en la medicina.
Se descifra el código genético
El ADN está constituido de 4 ácidos nucleicos: adenina, guanina, timina y citosina, que Meischer descubrió y describió como nucleina. En 1919, un científico ruso, encontró que la nucleína estaba compuesta de cuatro ácidos a los que nombró trinucleótidos.
Varias décadas después, tras el experimento que demostró que el ADN tiene genes, Chargaff, otro científico, se interesó por la estructura molecular y en 1950 formuló la regla de Chargaff: el ADN tiene la misma cantidad de adeninas que de timinas y la misma cantidad de guaninas que de citocinas. Esta observación ayudó a Watson y Clark a establecer la estructura del ADN junto con la fotografía de Rosalind Franklin.
Conociendo las cuatro letras (ácidos nucleicos) del ADN —A, T, C y G— faltaba saber cómo esas moléculas podían formar instrucciones. Así, entre 1961 y 1966 un grupo de científicos se dedicó a encontrar todas las combinaciones de secuencias posibles. Cada combinación daba como resultado un aminoácido, un pedacito de proteína. Tras analizar las 64 posibilidades, acabaron de describir el código genético. Ya se podía leer el ADN y saber qué decía cada instrucción.
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