El ADN es un molécula maravillosa que sigue sorprendiéndonos

• El Colegio Nacional realizó la mesa 70 años de la doble hélice del DNA, como parte del ciclo El maravilloso mundo de los virus. La sesión conmemoró siete décadas de los hallazgos científicos que revolucionó la biología y la medicina modernas. 
• La sesión fue coordinada por los colegiados Susana López Charretón, Antonio Lazcano Araujo y Francisco Bolívar Zapata. Participaron los especialistas Adela Rodríguez Romero, Mario Zurita Ortega y Javier Soberón Mainero. 
• “Este proceso de traducción constituye un reservorio de información evolutiva que lo mismo sirve para reconstruir los genomas de neandertales, que para confirmar que todos tenemos un origen común”, expuso Lazcano Araujo.  

“Hemos llegado al punto en el que tenemos el conocimiento del genoma de casi todos los seres vivos del planeta, de los que hemos querido secuenciar y de los que ya no están presentes”, aseguró Mario Zurita Ortega, experto en genética del desarrollo y fisiología molecular, al iniciar la mesa 70 años de la doble hélice del DNA, transmitida en vivo el 25 de julio por las plataformas digitales de El Colegio Nacional.  

En la sesión, que formó parte del ciclo El maravilloso mundo de los virus, coordinado por la colegiada Susana López Charretón, Zurita Ortega realizó un breve recorrido histórico por uno de los hallazgos científicos más sorprendentes que supuso una revolución en la biología y la medicina modernas: la estructura de doble hélice del ácido desoxirribonucleico (DNA por sus siglas en inglés), informó el Colegio Nacional en un comunicado. 

Para que este descubrimiento, realizado por el biólogo James Watson y el físico Francis Crick, fuera posible en 1953, se necesitaron dos elementos importantes, aseguró Zurita Ortega. El primero fue la regla de complementariedad de bases de Erwin Chargaff, que medía la concentración de las cuatro bases que componen el DNA: Citosina (C), Timina (T), Adenina (A) y Guanina (G), y que es igual en todas las especies. “Esta era una regla que cualquier modelo que se hiciera del DNA tenía que cumplir. El segundo, fue la fotografía del 51 de Rosalind Franklin, que mostraba la forma B del DNA y que indicaba que la molécula tenía que ser una doble X”.   

Con lo anterior, James Watson y Francis Crick publicaron su modelo el 25 de abril de 1953 en la revista Nature. Un artículo de una página que contenía una figura realizada por la esposa de Crick y que mostraba que las bases eran complementarias, las G con las C, las A con las T. “Los fosfatos estaban hacia fuera de la molécula y las dos cadenas que formaban la doble hélice eran antiparalelas, es decir, iban en direcciones contrarias, de 5 prima a 3 prima y viceversa. Para mí es la macromolécula más bonita que existe en la naturaleza”. Nueve años después de este artículo, Watson y Crick ganaron el Premio Nobel de Medicina en 1962.  

En palabras del experto, a partir del conocimiento de esta estructura, se pudieron formular hipótesis y preguntas fundamentales en biología: ¿cómo se transmite la información genética de una generación a otra? ¿Cómo la secuencia de bases en el ADN lleva la información para la generación de proteínas? ¿Cómo en el ADN está contenida la información para que se regule la expresión de los genes en el tiempo y el espacio en todos los diferentes seres?  

Posteriormente, el equipo de Walter Gilbert encontró el RNA mensajero que se produce a partir del ADN y es el encargado de llevar la información para sintetizar proteínas. “Con la pandemia, hemos aprendido que hay vacunas realizadas a partir del RNA mensajero que permiten crear anticuerpos, entonces el impacto ha sido tremendo y tienen una aplicación importante para la sociedad”, enfatizó el investigador del Instituto de Biotecnología de la UNAM.  

Por su parte, la viróloga Susana López Charreton sostuvo que, para construir el conocimiento, se requiere del trabajo colectivo. “Es impresionante la belleza de la simplicidad de los ácidos nucleicos y el poder informático que contienen, son cuatro bases y con esas podemos explicar básicamente toda la biología molecular”.  

Esta mesa, coordinada por los colegiados Susana López Charretón, Antonio Lazcano Araujo y Francisco Bolívar Zapata, tambiéncontó con la participación de los especialistas Adela Rodríguez Romero y Javier Soberón Mainero. Al tomar la palabra, el biólogo Antonio Lazcano recordó que el DNA pertenece a un tipo de moléculas que incluye a los ácidos nucleicos y análogos de éstos. “Típicamente encontramos al DNA con una doble hélice, con un nivel de simetría maravilloso, pero es un pariente cercano del RNA, caracterizado a principios del siglo pasado”. 

Expuso que ambas moléculas son polímeros regulares con presencia de grupos fosfatos en su esqueleto, mismos que tienen carga negativa, lo que impide que salgan de la célula cuando quieran; estas cargas hacen que sean solubles y se repelen para lograr su replicación. Agregó que las bases nitrogenadas, que sostienen la estructura de la doble hélice, son hidrofóbicas, es decir, detestan el agua, lo que es importante en términos de la estabilidad de la información genética.   

“En términos generales, quienes trabajamos en origen de la vida, en problemas de evolución, aceptamos la idea de que el RNA vino antes que el DNA. Uno de los argumentos para suponer lo anterior, es el hecho de que necesitamos reducir los ribonucleótidos y sin RNA no podríamos hacerlo ni tener DNA”. El colegiado enfatizó que, gracias al trabajo de la bioquímica June M. Lindsey, se determinó por primera vez que las bases Adenina con Timina forman dos fuentes de hidrógeno y tres fuentes, en el caso de la Guanina con la Citocina, esto es esencial para que se forme la doble hélice. También la genetista Evelyn Witkin descubrió que la secuencia de ADN tiene la información complementaria que requiere de forma repetida, esto significa que, si una hélice pierde su información, la hebra complementaria permite que se reconstituya la que sufrió daño. “El descubrimiento del proceso S.O.S. es parte de los muchos mecanismos que tiene el DNA para repararse”. 

“El surgimiento de ácidos nucleicos de doble hélice permitió el desarrollo evolutivo de un abanico extraordinariamente diverso de mecanismos de edición y reparación, y abrió la posibilidad de incrementar espectacularmente el tamaño de las moléculas genéticas, preservando productos de las duplicaciones de genes y genomas”, explicó Lazcano. Afirmó que Crick comentó que los biólogos “debían darse cuenta de que no pasará mucho tiempo antes de que surja una nueva disciplina que se pueda llamar taxonomía de proteínas”.  

De acuerdo con el científico mexicano, “este proceso de traducción constituye un reservorio de información evolutiva que lo mismo sirve para reconstruir los genomas de neandertales, que para ver genomas de patógenos como el SARS-CoV-2, o bien, para entender cómo, a pesar de la diversidad genética entre las especies, todos tenemos un origen común”.  

La figura de Rosalind Franklin 

En su participación, Adela Rodríguez Romero, investigadora del Instituto de Química de la UNAM, expuso que la contribución más relevante a esta estructura fue la de Rosalind Franklin y su alumno Raymond Gosling, quienes presentaron la imagen de difracción de rayos X de fibra de DNA. “Los datos cristalográficos, a partir de esta molécula, revolucionaron nuestra comprensión de la genética y allanaron el camino para muchos avances en biología y medicina”.  

Recordó que hace 70 años se publicaron tres artículos en la revista Nature que darían lugar al conocimiento de la estructura del ADN. El primero, fue el de Watson y Crick, después Wilkins y Wilson, y al final Franklin y Gosling. “El descubrimiento de fue un esfuerzo colectivo que involucró contribuciones de múltiples investigadores”.  

De acuerdo con la química especializada en cristalografía de proteínas, Rosalind Franklin logró representar el DNA en la fotografía 51. Es una imagen del DNA en la forma B, es una conformación específica de la molécula que se encuentra comúnmente en condiciones fisiológicas (en presencia de agua) y está más hidratada. “Lo que hizo fue alinear cuidadosamente 20 hebras de DNA y después pasó los rayos X, en un ejercicio que duró cien horas de exposición, y con esa imagen logró determinar un patrón en forma de X que sugiere una estructura helicoidal”. Por otra parte, a través de la cristalografía, demostró que el grupo espacial hace una simetría de dos cadenas, “lo que implica que, si se gira la molécula a 180 grados, se tiene la misma estructura, es decir, contiene dos cadenas corriendo en direcciones opuestas”.  

Esa información fue fundamental. En su trabajo, Watson y Crick reconocieron que, sin los datos de Rosalind Franklin, la determinación de la estructura no hubiera sido posible. “La contribución de estos cuatro investigadores se considera tan importante como la Teoría de la Evolución de Darwin o la Teoría de la Relatividad de Einstein”, concluyó la experta.  

Por su parte, Xavier Soberón Mainero, investigador del Centro de ciencias de la Complejidad de la UNAM, detalló que, desde su apertura en 1984, en el Instituto de Biotecnología se han sintetizado más de 150 mil bases genéticas. “El ADN sintético ha sido una de las tecnologías clave para la revolución genómica, es base de los sistemas de microarreglos y un insumo crucial para la secuenciación del ADN. El estado actual de la síntesis del DNA es muy propio de la genómica, es masiva, y su síntesis tiene grandes alcances”.  

Puntualizó que la síntesis total de genes es una realidad. “Hoy en día, se pueden ordenar genes completos a un precio de unos cuantos pesos por letra genética. En la base de la biología sintética, está el ADN sintético y ya se han sintetizado cromosomas enteros”. Aseguró que desde la mutagénesis dirigida por el Premio Nobel de Química Michel Smith hasta el uso moderno de la tecnología CRISPR-Cas9, la programación de la secuencia a modificar se hace siempre usando DNA sintético. “El caso más usado es la captura del exoma que es sólo la parte codificante o traducible del genoma, menos del 2% de los humanos”.  

“El DNA sintético es uno de los mejores ejemplos de que el progreso de la ciencia depende de las nuevas técnicas, los nuevos descubrimientos y las nuevas ideas. Hoy día, se plantea de manera muy seria, que el DNA puede ser una forma de almacenamiento de información digital, ya se han guardado imágenes o textos con la forma de la secuencia del ADN, por ejemplo. Es muy interesante porque toda la biblioteca del Congreso de la Unión de los Estados Unidos, si la codificamos en forma de DNA, si la trasladamos a estas moléculas, podríamos guardarla en un espacio menor que la cabeza de un alfiler”, concluyó el especialista.  

Al finalizar la sesión, el colegiado Francisco Bolívar Zapata subrayó que “el ADN es una molécula maravillosa, aprendemos todos los días de ella y seguiremos aprendiendo. Habrá que seguir trabajando la posibilidad de tener otras reuniones de este tipo para señalar sus capacidades. Usándola responsablemente como los transgénicos a los que habrá que seguir defendiendo” 

La mesa 70 años de la doble hélice del DNA, como parte del ciclo El maravilloso mundo de los virus, coordinado por la colegiada Susana López Charretón, se encuentra disponible en el Canal de YouTube de la institución: elcolegionacionalmx.