ADN como Material Genético: Descubrimientos Fundamentales de Griffith, Avery y Garrod
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Los Experimentos de Griffith: El Descubrimiento del Principio Transformante
La bacteria Diplococcus pneumoniae es un neumococo, una bacteria causante de enfermedades. Existen dos cepas: la S (Smooth = lisa), virulenta, y la R (Rough = rugosa), no virulenta. Las bacterias S, vivas, producen la muerte en los ratones, pero no la producen si están muertas. Las segundas (cepa R) no son capaces de desarrollar la enfermedad. En 1928, Griffith realizó con estas bacterias las siguientes experiencias:
Resultados de las Experiencias de Griffith (1928)
Experiencia 1: Bacterias S Vivas
Al inyectar en ratones (2) bacterias del tipo S (virulentas) (1) se produce la muerte de los animales por neumonía (3). Un cultivo posterior (4) detectaba la presencia de bacterias S en el animal muerto.
Experiencia 2: Bacterias R Vivas
La inyección (2) de bacterias R no virulentas (1) no tenía efectos sobre los animales (3). Un cultivo de tejidos del animal después de la inyección no detectaba la presencia de bacterias de ninguna de las cepas (4).
Experiencia 3: Bacterias S Muertas por Calor
Al inyectar bacterias S virulentas muertas, por tratamiento con calor (2), los ratones no desarrollaban la enfermedad (3). Un cultivo de tejidos del animal no detectaba bacterias (4).
Experiencia 4: Mezcla de Bacterias R Vivas y S Muertas
Al inyectar a los ratones (2) una mezcla de bacterias no virulentas R y S, virulentas, muertas por calor (1), los ratones desarrollan la enfermedad y mueren (3). En los cultivos se observan bacterias de tipo S y R (4).
Conclusión de Griffith: Existía un «principio transformante» en las bacterias S muertas capaz de convertir la cepa R no virulenta en la cepa S virulenta.
Identificación del Material Genético: Los Experimentos de Avery, MacLeod y McCarty (1944)
En 1944, Avery, MacLeod y McCarty se propusieron encontrar cuál era el componente que transmitía el carácter heredable. Llegaron a la conclusión de que era el ADN de las bacterias S muertas por el calor el que transformaba las bacterias R en S.
Demostraron así que el ADN era la molécula que contenía la información necesaria para que las bacterias S fueran virulentas y que, a pesar de estar muertas, su ADN no estaba destruido y podía pasar al medio y de aquí a las bacterias de cepa R, integrándose en el genoma de estas y transformándolas en virulentas.
Evolución del Concepto de Gen: De los Factores Hereditarios a la Biología Molecular
El Concepto Clásico de Gen (Mendel)
Para Mendel (1822-1884), los genes eran considerados como factores hereditarios que determinaban las características externas de los seres vivos. En su época se ignoraba su composición química o su localización. Para poder referirse a ellos fueron denominados mediante letras. Así, en los guisantes, el gen A determina que las semillas sean de color amarillo y el gen a hace que sean verdes. En este punto, no se sabía la naturaleza de los factores hereditarios ni cuál era su mecanismo de actuación.
Los Estudios de Garrod: El Enlace Gen-Enzima
En 1901, los estudios de Garrod sobre la alcaptonuria permitieron empezar a conocer cómo actuaban los genes. Las experiencias de Griffith (1928) y Avery (1944), que ya hemos estudiado, descubrieron que los genes estaban localizados en el ADN.
La Alcaptonuria y el Metabolismo Celular
La alcaptonuria es una enfermedad hereditaria recesiva debida a una alteración en el metabolismo celular que determina la aparición del ácido homogentísico. Este ácido provoca, al oxidarse, el ennegrecimiento de la orina y un color grisáceo en los cartílagos y ligamentos, pudiendo llegar a producir artritis.
El ácido homogentísico aparece en el metabolismo del aminoácido fenilalanina. Por la acción de diversas enzimas, la fenilalanina se transforma en tirosina, otro aminoácido, después en ácido polihidroxifenilpirúvico y, finalmente, en ácido homogentísico.
En las personas sanas, el ácido homogentísico es transformado por la enzima homogentísico-oxidasa en el ácido 4-maleil-acetoacético que, posteriormente, se transformará en acetil-CoA, que será degradada en el Ciclo de Krebs a CO2 y H2O.
Garrod llegó a la conclusión de que el gen normal (A) produce la enzima necesaria, mientras que el gen (a) recesivo no la produce. Esta fue la primera vez que se relacionaba un gen con una enzima y, por tanto, con una reacción.
La Hipótesis del Gen
De aquí surgió la hipótesis inicial: un gen-una enzima. Ahora bien, debido a que hay enzimas formadas por dos o más cadenas polipeptídicas, la hipótesis se reformuló como:
Un gen-un polipéptido.
Hipótesis de la Colinealidad de Crick
Una vez establecido el paralelismo entre genes y enzimas y tras ser propuesto, en 1953, el modelo de doble hélice por Watson y Crick, este último propuso la denominada Hipótesis de la Colinealidad:
Existe una correspondencia directa entre la secuencia de nucleótidos del gen y la secuencia de aminoácidos de la enzima codificada.