José Pío Beltrán

Pío Beltrán, José

Hemeroteca Cientifica Catalana

La proposta del model de la doble hèlix per a l’es-tructura de l’ADN realitzada per Watson i Crick el1953 va ser paradigmàtica perquè va obrir les portes aldesenvolupament de la genètica molecular. En repassarcom es va gestar la doble hèlix, una figura excepcionali controvertida destaca sobre les de Linus Pauling,Maurice Wilkins, Rosalind Franklin i Francis Crick:James Watson, biòleg format amb Salvador Luria,sense coneixements matemàtics ni de física estructural,que amb 23 anys es va unir al laboratori de FrancisCrick i el va convèncer de l’interès d’estudiar l’estruc-tura de l’ADN. Només dos anys després van publicar elseu famós model en Nature. Watson no ha destacat maicom a científic experimental; no obstant això, el seupaper al capdavant del Cold Spring Harbor Laboratoryi després com a director del National Center for HumanGenome Research dels National Institutes of Health, onva aconseguir impulsar la iniciativa pública internacio-nal per seqüenciar el genoma humà, dissipen qualsevoldubte sobre la seua excepcional intuïció científica mésenllà d’alguns aspectes controvertits de la pròpia gène-si del model de la doble hèlix. LA BIOLOGIA MOLECULAR ABANS DEL DESCOBRIMENT DE LA DOBLE HÈLIXHi ha un fil conductor de la genètica com a ciènciadel segle XX que condueix al desenvolupament de labiologia molecular cap al 1950 i, en les seues últimesdècades, al de la genèticamolecular, antesala de lagenòmica en el segle XXI.D’acord amb T.S. Kuhn(1971), la història és algunacosa més que la cronologiavista com a dipòsit d’anèc-dotes i el desenvolupamentcientífic és més que el pro-cés gradual mitjançant elqual fets, teories i mètodess’afegeixen al coneixementcientífic. Kuhn, distingeixentre “ciència normal”,activitat de la majoria delscientífics, i “investigacionsextraordinàries”, que condueixen al que  denomina un“canvi de paradigma”, que estableix bases noves per ala pràctica de la ciència que donen lloc a les revolu-cions científiques. Mirem el desenvolupament de lagenètica des d’aquesta perspectiva: sens dubte elstreballs de Mendel sobre hibridacions amb plantespublicats el 1866 i redescoberts el 1900, de maneraindependent per De Vries, Correns i Von Tschermak,constitueixen un episodi extraordinari en la història dela ciència. Aquests investigadors havien trobat lesregles que governen l’herència de caràcters físics pelséssers vius, cada u sense coneixement de la labor delsaltres. Quan es disposaven a comunicar la seua troba-lla, van revisar “l’estat de l’art” del camp i es vanemportar una sorpresa: van descobrir els treballs d’uncert Mendel, trenta-cinc anys abans! Els tres van pren-dre idèntica decisió i, amb una honradesa que mereixformar part de la història de la ciència, van abandonartota pretensió d’originalitat i van presentar els seus tre-balls com a confirmació dels de Gregor Mendel. ELS ACTORS DE LA PROPOSTA DE LA DOBLEHÈLIXJames Watson, en el seu apassionant i, en algun sen-tit, escandalós relat “La doble hèlix” reconeix que l’è-xit de la proposta es degué principalment a cinc perso-nes: Maurice Wilkins, Rosalind Franklin, Linus Pau-ling, Francis Crick i ell mateix. Per la seua banda,Francis Crick ens va pro-porcionar un punt de vistamés “reposat” sobre lagènesi del model de ladoble hèlix i sobre lesinvestigacions immediatesa què va donar lloc (Crick,1990). El 1950, l’interèsdels quimicofísics se cen-trava a desvelar l’estructu-ra de les proteïnes, ja que,en general, es creia queconstituïen les molèculesbàsiques per a la transmis-sió de la informació genè-tica. Entre els laboratorisDE LA DOBLE HÈLIX AL DOBLE DE LA VIDA?Una mirada a la doble hèlix cinquanta anys desprésJosé Pío BeltránNúm. 40  MÈTODE    27© Juan CarbonellFotografia de la matrícula del coche de Francis Crick. Fixeu-vos en les lletres i el seu ordre!més avançats en l’ús de les tècniques de difracció deraigs X, hi havia el Cavendish de la Universitat de Cam-bridge, amb el Nobel Lawrence Bragg al capdavant iMax Perutz, el cap de John Kendrew i del físic FrancisCrick, a qui s’uniria el biòleg James Watson el 1951. Enparaules de Watson, el treball molecular sobre l’ADNera “propietat” d’un altre físic, Maurice Wilkins, que tre-ballava en el King’s College de Londres. El treballestructuralista de Wilkins es basava en el de l’excel·lentcristal·lògrafa Rosalind Franklin. Les relacions personalsentre Wilkins i Franklin, però, eren molt difícils. I si ensatenim a allò que Watson va escriure en “La doble hèlix”es pot pensar que Franklin tenia problemes també amb elgrup del Cavendish pel fet de ser dona, competent, itenir ambició científica. Aquesta situació s’ha presentatcom un dels exemples històrics de discriminació per raóde sexe (Sayre, 1975) que va convertir Franklin en unaicona feminista. La vàlua científica de Rosalind Franklinha estat recuperada per al públic recentment per la seuabiògrafa Brenda Maddox. Franklin va morir el 1958 alstrenta-vuit anys; la seua mort prematura va fer més sen-zilla l’elecció del comitè Nobel, ja que la normativa delpremi no permet concedir-lo a més de tres persones.A més, això passava quatre anys abans de la concessió el1962 del premi Nobel de medicina i fisiologia a Watson,Crick i Wilkins. Tot fa pensar que Franklin va morirsense rebre el reconeixement directe de Watson i Crick,els quals, posteriorment, han confirmat que, sense elsresultats de Franklin, no hagueren pogut “descobrir” ladoble hèlix. Franklin, fins i tot, va ignorar que Wilkinshavia mostrat els seus propis resultats no publicats, comla famosa fotografia 51, a Watson i Crick. Un altreaspecte controvertit de la qüestió és que Max Perutz, quetreballava en el Cavendish, permetera a Watson i Crick,al febrer de 1953, llegir el seu informe per al MedicalResearch Council que resumia el treball de Franklin.A l’altre costat de l’Atlàntic, a l’Institut de Tecnolo-gia californià (Cal Tech), Linus Pauling havia proposatl’estructura de l’hèlix “alfa” de les proteïnes sis anysabans que realment fóra “vista” en la reconstrucció perraigs X de l’estructura de la mioglobina. Es tractad’una estructura semblant a un cilindre amb la cadenapolipeptídica estretament enrotllada a l’interior. L’hèlixqueda estabilitzada per enllaços de pont d’hidrogenentre els grups NH i CO de la cadena principal. Sensdubte aquesta va ser una font d’inspiració importantper al plantejament teòric de l’estructura de la doblehèlix de l’ADN.James Watson és la història vivent de l’ambició cien-tífica. El 1953, va ser potser el més agosarat del grupque va contribuir a la proposta de la doble hèlix. El1986, científics més joves que ell s’oposaven, per im-madur, al projecte Genoma Humà, l’objectiu del qualera desxifrar la seqüència completa de l’ADN de l’ho-me. Watson es va convertir en un dels seus primers par-tidaris i va aconseguir que el consorci públic internacio-nal es posara en marxa (Watson, 2000a). LA HIPÒTESI DE LA DOBLE HÈLIX I LA SEUACONFIRMACIÓ EXPERIMENTALEl conegut treball de Watson i Crick de 1953  “Mole-cular Structure of Nucleic Acids” comença així: “Volemsuggerir una estructura per a la sal de l’ADN. Aquestaestructura posseeix noves característiques de considera-ble interès biològic”. De fet, la publicació no fa més queplantejar un model hipotètic basat fonamentalment en eltreball i les observacions d’altres. Un model meravellós,paradigma de la intuïció científica que, amb els anys, esmostraria correcte. És curiós que, quasi al mateix temps,Pauling i Fraser proposaven models d’hèlixs tricatenà-ries per a l’ADN. Baste recordar el treball pioner dePauling establint el model d’“alfa” hèlix monocatenari28 Núm. 40  MÈTODEEscultura de Manuel Boix al campus de Burjassot, en homentage al’ADN.©Miguel Lorenzoestabilitzat per enllaços de pont d’hidrogen per a les pro-teïnes. Algunes proteïnes semblaven tenir estructures enhèlix amb tres cadenes i això potser els va induir a pro-posar models tricatenaris per a l’ADN.El model de Watson i Crick va proposar dues hèlixsenrotllades, cap a la dreta, al voltant del mateix eix, for-mades per residus de D-deoxiribofuranosa units per en-llaços fosfodièster en les posicions 3´ y 5´. Cada hèlixsegueix aproximadament el model núm.1 de Furberg, ésa dir, les bases queden a l’interior i els grups fosfat al’exterior. Les dues hèlixs es mantenen unides per en-llaços de pont d’hidrogen entre les purines d’una cadenai les pirimidines de l’altra a mesura que queden enfron-tades dos a dos. El model es basa també en els treballsde Chargaff sobre composició i proporcions de purines ipirimidines de l’ADN.Els autors van reconèixer que les dades publicadesfins a la data sobre difracció de raigs X sobre ADN noeren de qualitat suficient per a contrastar el model.Només van fer una referència general d’agraïment alsresultats no publicats de Franklin i Wilkins. Potser nopodien ser més precisos.La publicació d’aquest treball va estar acompanyadaper treballs independents dels grups de Wilkins iFranklin. És curiós que en el treball de Wilkins no s’es-menta cap treball previ de la seua col·laboradora, a qui,d’alguna manera, degué marginar. D’igual manera eltreball de Franklin no esmenta contribucions anteriorsde Wilkins. Ambdós s’agraeixen els comentaris als seusrespectius treballs. Aquest comportament, si més no en-rarit, contrasta amb l’actitud dels científics que redesco-briren Mendel esmentada més amunt.Es pot dir que la proposta del model de la doble hèlixés “extraordinària” en el sentit que dóna Kuhn a aquestaparaula. No obstant això, el treball original roman enl’ostracisme i a penes és citat en publicacions rellevantsfins després de 1960.Convé recordar ara la penúltima frase del dit treball:“No ha escapat a la nostra comprensió que l’aparella-ment específic postulat –en la doble hèlix– suggereiximmediatament un possible mecanisme per a la còpiadel material genètic.” El 1958, Matt Meselson, deixeblede Pauling i de Frank Stahl, va demostrar, mitjançanttècniques isotòpiques i de centrifugació en gradient, quela replicació de l’ADN succeïa experimentalmentd’acord amb el que preveu el model de la doble hèlix. El1959, Arthur Kornberg i els seus col·laboradors van des-cobrir l’enzim ADN polimerasa i, el 1961, M. Nirem-berg i J. H. Mattaei van provar que un triplet de nucleò-tids codifica la incorporació d’un aminoàcid a les proteï-nes, establint les bases per a desxifrar el codi genètic.Tots aquests treballs abonen i confirmen el model de ladoble hèlix. El nou paradigma és acceptat, i el 1962, nouanys després de la proposta, James Watson, FrancisCrick i Maurice Wilkins reben el premi Nobel. LES CONSEQÜÈNCIES DEL DESCOBRIMENT: DELA GENÈTICA MOLECULAR A LA GENÒMICAEl 1966, només tretze anys després de la propostasobre l’estructura de l’ADN, diversos investigadors vanNúm. 40  MÈTODE    29En paraules de Watson, el treball molecular sobre l’ADN era “propie-tat” d’un altre físic, Maurice Wilkins (dalt), que treballava en el King’sCollege de Londres.El model de Watson i Crick va proposar dues hèlixs enrotllades, cap ala dreta, al voltant del mateix eix, formades per residus de D-deoxiri-bofuranosa units per enllaços fosfodièster en les posicions 3´ i 5´.30 Núm. 40  MÈTODEestablir l’essència del codi genètic ide la maquinària per a la seua tra-ducció, és a dir, de quina manera lesquatre lletres de l’alfabet de l’ADNdeterminen les seqüències linealsdels aminoàcids en les proteïnes.El repte de la genètica per alsegle XXI és descobrir els processosgenètics que sustenten la vida. Pera això, ens farà falta alguna cosamés que un coneixement concret de gens o de circuitsde gens. És necessari situar aquest coneixement en elcontext de tot el sistema: el genoma, els genomes. Laprogressió realitzada als laboratoris i empreses és devertigen. Es va començar pels sistemes model d’experi-mentació en biologia. El 1996, vam conèixer la seqüèn-cia completa del genoma del llevat Saccharomycescerevisiae; la del bacteri Escherichia coli el 1997; ladel cuc Caenorhabditis elegans el 1998; l’any 2000 lesde la mosca del vinagre Drosophila melanoganster i laplanta Arabidopsis thaliana; el 2002, la de l’arròs; ientre 2001 i 2003, una cosa que semblava impensable:la seqüència completa, els tres mil cent milions deparells de bases del genoma humà.La vida i la mort de cada individu està escrita en el seugenoma de la mateixa manera que el genoma humà contéla clau de la nostra humanitat. Per als interessats a conèi-xer com es van gestar des del punt de vista científic, so-ciopolític i econòmic els grans consorcis sobre el genomahumà, el públic –liderat entre altres pels National Ins-titutes of Health i el Wellcome Trust, entre altres– i el pri-vat –per l’empresa Celera Genomics de Craig Venter– re-comane l’excitant lectura del llibre ADN, de J. D. Watsoni A. Berry, (2003) i la contribució de J. Peretó (2003).S’han desenvolupat noves tecnologies per a poderconèixer el conjunt dels gens expressats en qualsevolésser viu o en alguna de les seues parts en diferents estatsde desenvolupament o de condicions vitals. Disciplinescom la proteòmica o la metabolòmica, que tenen per ob-jecte conèixer el conjunt de molècules directament res-ponsables de les funcions o disfuncions biològiques encada moment, una vegada que s’expressa un conjunt de-terminat de gens, ens sorprenen cada dia amb els seusavenços. L’anàlisi massiva de gens està donant lloc a l’a-parició de noves disciplines de caràcter integrador, com lagenòmica ambiental o “Envirogenomics”. La Unió Euro-pea acaba d’iniciar una aproximació d’aquest tipus per aidentificar individus susceptibles a l’asma infantil, unamalaltia important que ja ha estat relacionada amb dis-funcions a nivell genètic. No obstant això, perquè la ma-laltia curse, es necessita la interacció amb factors ambien-tals. La genòmica ambiental tractaria en el futur d’inte-grar el que coneixem a nivell de fac-tors genètics amb factors de risc me-diambiental, factors familiars i per-sonals de l’individu en qüestió, coml’edat, el sexe o l’ètnia, i amb el seuestil de vida, incloent-hi factors comla dieta. La possibilitat de compren-dre el desenvolupament de malaltiesa nivell individual hauria de conduirels serveis sanitaris a establir estratè-gies pal·liatives més eficaces i a disminuir el cost socioe-conòmic de les malalties. També obtindrem una millorqualitat de vida per als ciutadans. Estimacions recents si-tuen l’edat límit per als individus de l’espècie humana alvoltant dels cent vint anys. En els anys cinquanta, quanvam poder comprendre l’estructura de l’ADN, la vidamitjana dels homes en el món desenvolupat se situava enuns seixanta anys. Contribuirà la genètica molecular a ferque aconseguim una vida més longeva en condicions sa-ludables?A partir d’aquí, pensar els límits de la intervenciósobre el genoma humà a mesura que la biotecnologia il’enginyeria genètica perfeccionen les seues capacitatsexperimentals és tasca de tots i, sens dubte, serà objectede debats ètics, ideològics i jurídics apassionants en elfutur immediat (Bertranpetit, 2003).BIBLIOGRAFIAAVERY, O. T.; C. M. MACLEOD; M. MCCARTY (1944): “Studies of the chemicalnature of the substance inducing transformation of pneumococcal types.Induction of Transformation by a desoxyribonucleic acid fraction isolatedfrom Pneumococcus Type III”, J. Exp. Med., 79: 137-158.BERTRANPETIT, J. (2003): “Desacralizando el genoma: una visión evolutiva sobrela intervención genética en los humanos”, Pasajes de PensamientoContemporáneo, tardor: 5-16. Universitat de València.CRICK, F. (1990): What Mad Pursuit: A Personal View of Scientific Discovery. DENNIS, C.; Ph. Campbell (eds.) (2003): “The double helix – 50 years”, Nature,421: 395-453.DISCHE, Z. (1976): “In Reflections on Biochemistry” (eds.: Kornberg, A.; B. L.Horecker; L. Cornudella, J. Oró), Pergamon Press, pp. 215-225. FRANKLIN, R. E.; R. G. GOSLING (1953): “Molecular Configuration in SodiumThymonucleate”, Nature, 171: 740-741.KUHN, T. S (1971): La Estructura de las Revoluciones Científicas, Mèxic, D. F.,Ed. Fondo de Cultura Económica. MADDOX, B. (2002): Rosalind Franklin. The Dark Lady of DNA, Harper CollinsEd., 304 pp.PERETÓ, J. (2003): “¿Tras el genoma qué?”, Pasajes de Pensamiento Con-temporáneo, tardor, Universitat de València, pp. 116-121. SAYRE, A. (1975): Rosalind Franklin and DNA, Nova York, Ed. W. W. Norton &Co.WATSON, J. D.; F. CRICK, (1953): “Molecular structure of nucleic acids”, Nature,171, pp. 737-738.WATSON, J. D. (2000a): “The Double Helix Revisited”, Time, juliol, 3.WATSON, J. D. (2000b): La Doble Hélice, Madrid, Ed. Alianza Editorial. (Versióoriginal: The Double Helix: A Personal Account of the Discovery of theStructure of DNA, Weidenfeld & Nicholson, Gran Bretanya, 1968.WATSON, J. D.; BERRY, A. (2003): ADN. El secreto de la vida, Ed. Taurus. WILKINS, M. H. F.; A. R. STOKES; H. R. WILSON (1953): Molecular Structure ofDeoxypentose Nucleic AcidsJosé Pío Beltrán: Professor d’Investigació del CSIC. Institut de BiologiaMolecular i Cel·lular de Plantes (UPV-CSIC).CONTRIBUIRÀ LA GENÈTICA MOLECULARA FER QUE ACONSEGUIMUNA VIDA MÉS LONGEVAEN CONDICIONSSALUDABLES?

De la doble hèlix al doble de la vida?

http://revistes.iec.cat/index.php/Metode/article/download/45485/45645

De la doble hèlix al doble de la vida?

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Hemeroteca Cientifica Catalana