En los años 60, y tras el descubrimiento por Watson y Crick de la estructura del ADN, comenzó la carrera para descifrar el código genético, la piedra Rosetta de la bioquímica.
Esta es la historia de la lucha entre Marshall Nirenberg y Severo Ochoa para romper el código más importante al que el ser humano ha hecho frente.
La competición de dos grandes mentes
En 1959 Severo Ochoa era galardonado con el premio Nobel por sus investigaciones sobre la síntesis del RNA, el intermediario entre la información genética del DNA y las “máquinas” proteicas. Sus trabajos le habían puesto a la cabeza de una de las búsquedas más importantes que había conocido la ciencia: la clave del código genético. Sin embargo, a principios de los años 60 un recién llegado al campo, el Prof. Marshall Nirenberg, pondría a prueba al genio español.
Ambos investigadores analizaron que combinaciones de bases de DNA generaban in vitro cada aminoácido utilizando técnicas derivadas de las investigaciones de Ochoa (por ejemplo una cadena de RNA CCCCCC… siempre genera el aminoácido prolina). La pelea entre ambos investigadores fue desigual: Ochoa estaba a la cabeza de dichos descubrimientos al disponer de las grandes herramientas que había desarrollado durante la década anterior. Sin embargo Nirenberg había atraído, con razón, la atención del mismísimo Francis Crick.
El primer gran paso consistió en descifrar el número de bases de DNA que codificaban cada uno de los 22 aminoácidos. 2 bases de RNA parecían quedarse cortas (4 tipos de base (A,U,G,C) en dos posiciones = 16 combinaciones) mientras que 3 bases (tripletes) se quedaban muy largas, 64 combinaciones. Si bien Francis Crick, entre otros, había sugerido esta opción razonando que varios tripletes codificarían un único aminoácido.El uso de polinucleótidos desordenados que contenían sólo dos bases (A,C en cualquier orden, por ejemplo CCCAAACCACACAAC…) y un buen análisis estadístico de los aminoácidos generados permitió al grupo de Niremberg demostrar que la proporción de 2 de los aminoácidos generados sólo era posible mediante tripletes: combinaciones de dos C y una A para los dos casos, aunque aun no sabían el orden. (ver figura 1). Por primera vez el grupo de Nirenberg parecía imponerse al de Ochoa.
Varios códigos para cada aminoácido
Llegados a este punto, en 1963, se conocían las composiciones de lo que se denominó codones (el tripléte que codifica un aminoácido) pero no su secuencia. Ese mismo año se descubría la forma en la que los aminoácidos se unían a los ribosomas para formar las proteínas: utilizando unos intermediarios denominados tRNAs, específicos para cada aminoácido. Mediante un simple pero brillante experimento de unión+filtración el grupo de Nirenberg descubrió que podían retener un aminoácido específico junto a su tRNA (fenilalanina-tRNA) sólo con tripletes UUU pero no con dobletes UU. La rueda se puso en marcha: si podían conseguir todos los aminoácidos junto a sus tRNA y los 64 tripletes posibles podrían romper el código genético analizando todas las combinaciones posibles. El problema es que en esa época no se podían sintetizar casi ningún triplete y los dobletes eran caros y difíciles de conseguir. El grupo de Nirenberg se hizo con todas las 16 combinaciones de dos bases de RNA posibles a un precio astronómico: más de 25.000 dólares de la época ¡probablemente más de lo que ganaban todos los miembros del laboratorio en un año!. Con gran habilidad y ayuda de la gran bioquímica Maxine Singer consiguieron unir diferentes combinaciones de dobletes a bases sueltas, generando casi todos los tripletes posibles, y realizar los ensayos de unión y filtración.
Con este paso el grupo de Nirenberg rompía el código de casi todos los aminoácidos corroborando que varios tripletes eran responsables de que un único aminoácido (analizaron 54 de las 64 combinaciones posibles), . Además encontraban los patrones de degeneración del código: la última base del triplete podía variar en 4 tipos de combinaciones posibles. El gran Gobind Khorana descifró gran parte de los restantes y confirmó los datos del grupo de Nirenberg.
Donde empieza y termina todo
Los últimos retoques del gran código involucraban preguntas muy relevantes ¿Por donde empieza y acaba una secuencia de RNA que debe ser traducida? Los científicos Brian Clark y K. Marcker abordaron dicha cuestión en 1966 descubriendo que la síntesis de proteínas comenzaba con una metionina usando el triplete AUG, mientras que Sidney Brenner and Alan Garen pusieron el broche al descubrir las secuencias que terminaban con la traducción UAA, UGA y UAG.
Roto el código genético, utilizando básicamente enzimas bacterianos, se planteó si dicho código era universal o existían varios en la naturaleza (plantas, bacterias, animales…). Con dicha pregunta en mente, Thomas Caskey and Richard Marshal analizaron los códigos de un tipo de rana, un hamster y la bacteria E. coli descubriendo que el código era esencialmente igual. Así se finalizaba el desciframiento del código genético, la gran proeza de la bioquímica en el siglo XX, nuestro coloso de Rodas.
Premios, reconocimientos y anécdotas
Marshall Nirenberg recibió el premio Nobel junto a Gobind Khorana y Robert Holley (estructura del tRNA) en 1968 por su destacada participación en el descubrimiento del código genético. Se quedaban fuera del premio el propio Ochoa, que podría haber conseguido el segundo, y Maxine Singer entre otras grandes figuras de esta cruzada.
El propio Nirenberg reconoció la aportación de Severo Ochoa al desciframiento del código genético. Curiosamente ambos investigadores pasaron muchos años compitiendo sin conocerse. Cuando lo hicieron Nirenberg ofreció colaboración en la búsqueda que Ochoa rechazó. Podría pensarse que fue un error de Ochoa pero ¿Se habría descifrado el código tan rápido sin esa lucha? Como dice Arturo Pérez Reverte “un buen enemigo te mantiene alerta”.
Marshall Nirenberg murió hace 5 meses con 83 años. No sólo nos legó el desciframiento de nuestro código genético sino que fue un gran modelo para muchos científicos. Nunca dejó de perseguir el conocimiento y tras el código genético ser lanzó a la conquista de la neurobiología.
Referencias:
Casi todos los datos los he obtenido de una revisión del propio Nirenberg que creo todos los bioquímicos deberían leer. A partir de ahí he revisado algunas referencias de artículos originales. Algunos hechos y datos los había oído de boca del propio Brian Clark, postdoc en el laboratorio de Nirenberg y codescubridor de la iniciación de la síntesis de proteínas. Tuve la suerte de conocerle hace unos años en un congreso para estudiantes de doctorado. Más información en el obituario de Nirenberg que publicó la revista Nature.
Imágenes obtenidas de la revisión del propio Nirenberg y de esta web.
Enlaces relacionados, y muy recomendables, escritos por expertos:
18 comentarios | Responde | Suscríbete
El comienzo de la entrada contiene un error importante, habitual cuando hablamos de manera poco rigurosa de la contribución de Watson y Crick a la biología del ADN (o DNA, que de ambas formas lo pones).
Watson y Crick no descubrieron que el ADN es el almacén de la información genética. Eso ya había sido descubierto anteriormente en el conocido como “experimento Avery-MacLeod-McCarty”, cuando en 1944 estos investigadores identificaron el ADN como el responsable del fenómeno conocido como “transformación bacteriana”. Posteriormente quedó totalmente confirmado por Hershey y Chase usando fagos.
De manera que cuando Watson y Crick propusieron su modelo de estructura en doble hélice para la molécula de ADN, la comunidad científica ya era consciente de que la información genética residía en el ADN.
Acebron creo que hoy está viajando desde Heidelberg, dónde trabaja y seguro que te contesta al comentario.
De todos modos, decir que acebron habla de manera poco rigurosa… uff… no sé, me parece bastante arriesgado por tu parte
Bueno, digo “habitual cuando hablamos …” es decir, todos, y desde luego empezando por mi. Creo que es así, muy habitualmente, sobre todo con Watson y Crick y el ADN, hacemos comentarios así “coloquiales” que no son correctos y bueno, pensé que era buena idea dar el dato de que ya se sabía antes de Watson y Crick que el ADN contenía el material genético.
Y no nos olvidemos de Rosalind Franklin, por favor. Murió prematuramente y creo que la historia del descubrimiento de la doble hélice no ha sido lo suficientemente justa con ella.
Sergio, un gran artículo; desconocía la muerte de Nirenberg. Ha pasado desapercibida por los medios de comunicación. Una pena.
Gracias por compartir tanta información
Teniendo en cuenta los comentarios de James Watson sobre la “valía” de las mujeres en general en ciencia y en particular de Rosalind Franklin, que reflejan el inmenso machismo preponderante en la época, no es de extrañar que su contribución haya sido despreciada por la historia injustamente.
Claro que de Watson, además de su visión de las mujeres, su racismo es bien conocido. Prueba más de que la excelencia científica (o en cualquier campo) no te hace inmune a decir estupideces.
Puestos a nombrar a toda la panda , no nos olvidemos de Maurice Wilkins, que recibió el Nobel con Watson y Crick. Por cierto, el Nobel nunca es póstumo, y Franklin murió en el 58, 4 años antes del Nobel a Crick, Watson y Wilkins.
Un artículo magnífico, Sergio. (Salvo la indicación que ha hecho la Fuentedela eternajuventud, que he de compartir por ser objetivamente cierta)
Un cordial saludo.
Ya he llegado a Bilbao. Tienes toda la razón en el comentario.
Quería poner “estructura del DNA”, un lapsus ya que iba a comenzar la entrada precisamente con experimentos previos sobre la duda proteínas/DNA como contenedores de la información genética pero luego la acorté.
Siento el error. Irreductible ¿Puedes editarlo?
Editado: He añadido “la estructura del ADN” y quité lo de almacén de información genética.
Y Linus Pauling, que descubrió la estructura de la hélice alfa. Y fue determinante para el posterior descubrimiento de la doble hélice del ADN. Ojito, Wilkins pasó las famosas fotitos (difracción del ADN) a Watson y Crick, sin permiso de Franklin; y se las negó a Pauling…por un tema político.
Un tema apasionante.
Esta historia merece otra entrada, Sergio o César o Acebron …o yo mismo
Parece que es una constante en los grandes descubrimientos que haya traiciones, malentendidos y perdedores.
Yo estoy de acuerdo con Dani. Habitualmente, cuando se habla del descubrimiento de la estructura en doble hélice del ADN, no suele mencionarse a Rosalind Franklin, la mujer que llevó a cabo la famosa fotografía utilizando la difracción de rayos X.
¿Es que no hay ni un físico en todo Amazings que se atreva a contar en un post cómo va el rollo éste de la difracción de rayos X y para qué leches sirve?
Por cierto, gracias a Sergio (el alto y majo, que el bajito y de mala leche soy yo) por compartir este estupendo post.
Muy interesante y detallado post, enhorabuena.
Viendo que la sección comentarios parece una charla privada entre físicos (:>, y que los “pequeños errores” del post ya ya han sido señalados, hablaré en nombre del lector lego para puntualizar que se debería decir ADN, ARN y demás en inglés o en español (lo adecuado sería en español).
Por otro lado, el post ha quedado excesivamente técnico en la parte central, en mi opinión, y será fácil para muchos no entender absolutamente nada (;>.
Una revisión ortográfica de tildes y comas en dos minutos tampoco le vendría mal.
Siento ser el toca narices, pero que conste que creo que el post está muy bien, y el blog en general es estupendo.
Un cordial saludo.
“Por otro lado, el post ha quedado excesivamente técnico en la parte central, en mi opinión, y será fácil para muchos no entender absolutamente nada”
Supongo que te refieres a lo principal del quinto párrafo. En tal caso: aunque es bastante obvio, si nunca has visto nada de combinatoria puede resultar un poco “raro” la primera vez. Yo lo hubiese escrito como sigue, aunque para alguno pueda ser casi insultante por lo redundante o trivial del asunto, pero creo que no hará ningún mal:
“El primer gran paso consistió en descifrar el número de bases de ADN o DNA que codificaban cada uno de los 22 aminoácidos.
Si los aminoácidos necesitasen de dos direcciones/”casillas” de memoria (consecutivas, claro) dentro del ADN para ser codificados, donde cada dirección de memoria puede estar ocupada por uno de los 4 tipos de base que hay en el código genético (que son llamadas: A, U, G, C): tendremos 4×4=16 combinaciones posibles, esto es, 16 aminoácidos posibles.
Si los aminoácidos están codificados por tres posiciones, y en cada una puede haber uno de los 4 tipos de base: 4x4x4=64 aminoácidos posibles.
(El cálculo se realiza así: número de estados —bases— elevado al número de posiciones —direcciones de memoria—; pero es bastante visual pensándolo como las ramificaciones de un árbol: para cada una de las 4 combinaciones para la primera casilla hay otras 4 posibilidades para la segunda casilla, lo que de un total de 16, y finalmente otras 4 para cada una de ésas 16, lo que da un total de 64)
Vemos que en el primer caso nos quedamos cortos, así que como mínimo se necesitarán tres posiciones de memoria consecutivas en el ADN (un “triplete”) para codificar un aminoácido. Puesto que 64 combinaciones son muchas más de las 22 necesarias, parece razonable que exista la posibilidad de que varios tripletes codifiquen un mismo aminoácido, como posteriormente se demostró.”
Un saludo
No me refería concretamente a eso, pero aún así, gracias por molestarte en explicarlo un poco más, Sergio. Esa parte es un poco más clara ahora y hace que el resto también se entienda mejor.
Un saludo.
20 aminoácidos…
Tan sólo comentar que en la Ciudad de las Artes y las Ciencias de Valencia se encuentra almacenado el legado de Severo Ochoa, cuya figura ocupa un lugar destacado en el Museo Príncipe Felipe.
Además con motivo del 50 aniversario de su premio nonel se desarrolló este sitio web con el legado de Severo Ochoa (http://www.cac.es/severoochoa/), para su consulta.
Saludos,
Me ha gustado mucho el post (quizá sea por lo que odio la BioQ y lo fatal que se me da) y la verdad es que desconocia esa “carrera” que existió entre Ochoa y Nirenberg a la hora de descifrar el código.
Lo que nunca me ha quedado claro es un asunto sobre el codón AUG. Codifica el inicio y el aa Met o el aa Met sólo es codificado por AUG es posiciones internas?
Y sobre la hipótesis del Balanceo (de Crick), sé que he leído algo sobre el hecho de que cuando el inosinato es el primer nucleótico, el tRNA puede leer tres codones diferentes (U, C y A). Eso quiere decir que el I se puede aparear con U, C o A? Como una base más?
No sé si este es el lugar indicado para preguntar pero de no serlo siento mucho la pregunta. Pero nunca he sabido dónde informarme al respecto.
Pero sí, el post bastante ameno y muy gratificante leer algo así y comprender un poco ^^
(Llevo leyendo amazings desde que salió y todavía no había comentado nada pero… en fin, genial idea! Seguid así! Quitadnos telarañas de la mente n_n).
AUG Siempre codifica Met y es normalmente el códon de inicio de la traducción (hay otras bases relevantes en otras posiciones que pueden variar entre seres vivos e incluso en tipos celulares).
En el enlace de la degeneración del código vienen las combinaciones posibles del balanceo.