El 25 de abril de 1953 se dio a conocer al mundo la estructura tridimensional de la molécula que guarda la información genética de todos los seres vivos, el ADN. Ese día se publicó en la revista Nature una serie de tres escuetos artículos que describían por primera vez en la historia la estructura del ácido desoxirribonucleico o ADN. La historia del descubrimiento de la estructura del ADN comienza en la primavera de 1951. Por aquel entonces, un joven James Dewey Watson recién llegado de Conpenhague, donde estudiaba los bacteriófagos, decidió asistir a un congreso sobre macromoléculas en la Estación Zoológica de Nápoles, en Italia. La intención de Watson era aprender lo máximo posible sobre una macromolécula en concreto: el ADN. Es por ello que decidió asistir a este congreso, ya que reunía a los mayores expertos mundiales sobre dicha molécula. El entusiasmo de Watson por aquella molécula tiene su origen en el libro «¿Qué es la vida?» del físico Erwin Schrödinger, un pequeño libro en el que Schrödinger se preguntaba cuál podría ser la molécula que poseía la información genética de los organismos, aquella molécula que, en definitiva, albergaba los genes. Schrödinger, y otros muchos científicos de la época, creían que las proteínas eran el mejor candidato debido a su aperiodicidad, es decir, a su secuencia de monómeros (aminoácidos) al azar, sin un orden o patrón establecido. Sin embargo, algunos estudios recientes de la época, como los de Oswald Avery, Colin MacLeod y Maclyn McCarty, mostraron que el ADN, y no las proteínas, podía albergar los genes. Estos científicos comprobaron que el ADN de los neumococos virulentos provocaba que aquellos neumococos no virulentos lo fueran. En pocas palabras: los genes que otorgaban patogenicidad se transmitían entre bacterias. Estos estudios, unido a la lectura del libro de Schrödinger, motivaron a Watson a descubrir el secreto de la vida.
En el congreso de Nápoles, Watson pudo presenciar varias ponencias sobre la química del ADN. Una de las ponencias fue dada por el profesor Maurice Wilkins, quien mostró varias fotografías de difracción de rayos X del ADN. Aquella charla fue el incentivo definitivo para que James Watson decidiera irse a investigar el ADN a Cambridge tras el verano de 1951. En noviembre de ese mismo año, Watson ya había conseguido una ampliación de su beca para investigar en el laboratorio Cavendish, de la Universidad de Cambridge. Su lugar de trabajo durante los siguientes años se encontraba en la unidad de difracción de rayos X del Cavendish, que estaba dirigido por aquel entonces por el físico Lawrence Bragg, que ganó el Premio Nobel de Física en 1915 con tan solo 25 años. Watson trabajaría junto a Francis Crick, un físico de formación que se mudó al campo de la biología en 1947 tras, precisamente, leer el libro «¿Qué es la vida?». Crick era, junto a Watson, el único investigador del laboratorio Cavendish que intuía que la base de la herencia se encontraba en el ADN. Como he mencionado en el primer párrafo de este artículo, a principios de la década de 1950 se pensaba que los genes se encontraban en las proteínas debido a su aperiodicidad (secuencia de aminoácidos no periódica). Tenía su lógica: la variabilidad de las secuencias de las proteínas podrían explicar la variabilidad de especies. Pero Watson y Crick intuían algo diferente: ¿por qué no podría el ADN albergar los genes si también es una molécula aperiódica y, además, enormemente larga?
A lo largo de noviembre de 1951, Watson y Crick comenzaron a trabajar en su modelo tridimensional de ADN. Su estrategia fue la de copiar el trabajo de Linus Pauling, un químico estadounidense que ya descubrió años atrás la estructura helicoidal de las proteínas y que ahora se disponía a descubrir también la estructura del ADN. En este mismo mes (noviembre), Watson y Crick se reunieron con Maurice Wilkins, un viejo amigo de Crick, y Rosalind Franklin en Londres. Ambos científicos trabajaban en el King’s College de la Universidad de Londres usando la difracción de rayos X para determinar, de forma paralela a Watson y Crick, la estructura del ADN. Rosalind Franklin llegó a King’s College en 1950 con una beca de tres años para investigar junto a Wilkins, que sería su supervisor. Ambos trabajaban en la unidad de biofísica de dicho centro, dirigida por John Randall. En dicha reunión, Franklin les dio una charla sobre sus avances con la estructura del ADN. Aunque Franklin todavía tenía datos preliminares, ya se comenzaba a vislumbrar una estructura helicoidal para el ADN. Los cuatro científicos salieron de la reunión motivados y dispuestos a «ganarle» a Pauling. Durante las siguientes semanas, Watson y Crick comenzaron a leer el libro «La naturaleza del enlace químico» de Pauling para extraer los valores de los ángulos de ciertos átomos que posee el ADN, como el fósforo. Para diciembre de 1951 ambos ya tenían la certeza de que el ADN debía de tener varias cadenas y no una.
Pero una pregunta retumbaba constantemente en la cabeza de Watson y Crick: ¿qué mantenía unidas las cadenas de ADN? Para averiguarlo, construyeron un modelo trihelicoidal a partir de alambres y planchas metálicas, siguiendo el orden que dictaban los ángulos de los átomos. En dicho modelo, el magnesio mantenía unidas las tres cadenas. A mediados de diciembre de 1951, el modelo estaba finalizado y Maurice y Rosalind fueron a verlo. Franklin criticó este nuevo modelo trihelicoidal construido a base de magnesio y argumentó que debía de haber más moléculas de agua en los cálculos de la estructura, lo que aumentaba el número de modelos posibles. Franklin llevaba razón, y Watson y Crick, quizá abatidos quizá enojados, dejaron aparcado su proyecto del ADN. Pasaron los días y, entre comidas y cafés en el pub «The Eagle» de Cambridge (aun sigue abierto), el dúo continuaba leyendo sobre enlaces químicos y trabajando en su investigación principal: desvelar la estructura tridimensional de la hemoglobina. En estas mismas fechas, Franklin, junto a su ayudante Raymond Gosling, seguía usando la difracción de rayos X para averiguar la estructura del ADN. Sin embargo, lo hacía ignorando las instrucciones de su jefe, Wilkins. Lo cierto es que la relación entre ambos era cuanto menos buena. Tal era la confrontación entre ambos que el director del King’s College, John Randall, decidió dividir la investigación entre los dos: Franklin se encargaría de investigar la forma A del ADN y Wilkins la forma B.
Tras la navidad de 1951, las buenas noticias llegaron al Cavendish. La beca de Watson se había ampliado otros ocho meses más para investigar la estructura helicoidal del virus del mosaico del tabaco. Watson, por lo tanto, debería llevar en paralelo sus estudios sobre la estructura del ADN. En mayo de 1952 se celebró un congreso sobre proteínas en Londres al que Linus Pauling no pudo asistir por una retirada de pasaporte. Según palabras de Watson: «El Departamento de Estado de EEUU no quería que alborotadores como Pauling se dedicaran a viajar por el mundo diciendo cosas desagradables sobre los banqueros que habían dado dinero a la Administración». Además, por aquellas fechas la tensión entre Wilkins y Franklin era máxima: «Si Wilkins ordenaba a Franklin que construyese modelos helicoidales, quizá ella acabara retorciéndole el modelo de alambre en torno al cuello». Tras meses de trabajo, Watson demostró la estructura helicoidal del virus del mosaico del tabaco entre mayo y junio de 1952 gracias a un nuevo ánodo de rayos X que llegó al laboratorio Cavendish. Tras el hallazgo, y ahora libres de trabajo, Watson y Crick retomaron su investigación sobre la estructura del ADN.
A lo largo del mes de mayo de ese mismo año, Watson y Crick pudieron leer las conclusiones de un nuevo estudio esencial para el descubrimiento posterior de la estructura del ADN: eran las reglas de Erwin Chargaff. Chargaff había descubierto que en el ADN la cantidad de adenina es igual a la de timina (A = T), y la de citosina igual a la de guanina (C = G). También observó que la cantidad de timina y adenina variaba de manera considerable entre especies. Hoy sabemos que este último hecho se debe a que la cantidad de adenina y timina está relacionada con la información codificante de una especie, es decir, los genes (información codificante) poseen una cantidad de adenina y timina mayor que las secuencias no codificantes. En verano de 1952, Watson y Crick tuvieron la oportunidad de hablar en persona con Chargaff aprovechando una visita suya a Cambridge. Pero, para su desgracia, se encontraron a un Chargaff reticente: no quería desvelar muchos de sus resultados por si ambos científicos del Cavendish se le adelantaban.
Tras ese verano, Watson y Crick asistieron a un congreso de bioquímica en París donde se reencontraron con Chargaff, quien, por cierto, los ignoró por completo durante la totalidad del congreso. También se encontraba Linus Pauling, pero no pudieron sonsacarle ninguna información técnica de sus investigaciones. A este congreso también asistió el biólogo Sol Spiegelman, padre de la evolución dirigida (en este artículo hablo de Spiegelman y la evolución dirigida). Mientras Watson y Crick se encontraban en el congreso, Franklin y Gosling trabajaban en su laboratorio de King’s College obteniendo fotografías de ADN cada vez mejores. De hecho, Franklin ya tenía la certeza de que el esqueleto externo de ADN lo formaban los azúcares y fosfatos. Durante el resto del año 1952, la lectura, los cafés, las notas en papel y los whiskys en «The Eagle» se sucedieron semana a semana. No así en Londres, donde Franklin seguía trabajando con su ayudante y, como ya de costumbre, al margen de Wilkins. Para enero de 1953, Franklin ya había concluido que las formas A y B del ADN eran ambas helicoidales y formadas por dos hélices o cadenas. Además, durante este mes comenzó a escribir los manuscritos con sus resultados.
En febrero de 1953 llegó un manuscrito de Linus Pauling al Cavendish describiendo la estructura del ADN. Se les había adelantado. El pánico recorrió los laboratorios del Cavendish… Hasta el momento de la lectura del manuscrito. ¡La estructura descrita por Pauling era errónea! Su ADN tenía tres hélices y los azúcares y fosfatos se encontraban en el interior de la estructura. Además, los fosfatos estaban hidratados, lo que provocaba que el ADN perdiera su carácter ácido. El error se celebró en «The Eagle» con whisky. Varios días después, Watson visitó el King’s College para confirmar el fallo de Pauling e incentivar a Franklin y Wilkins a desarrollar cuanto antes su modelo. Fue justo en este momento cuando ocurrió uno de los sucesos más injustos de la historia de la ciencia: Wilkins sacó de un cajón de su despacho la famosa fotografía 51 y se la mostró a Watson. La fotografía mostraba el ADN en su forma B hidratada, tal y como se encuentra en las células. Por supuesto, dicho acontecimiento no le fue informado a Franklin. La pésima relación entre Wilkins y Franklin concluyó en este acontecimiento: proporcionar información todavía no publicada sin el consentimiento de su autor.
A su regreso al Cavendish, Watson ya sabía que el ADN debía de tener dos hélices y no tres. Crick y Watson, con los nuevos datos aportados por Wilkins, comenzaron a construir el modelo de doble hélice y a hacer los cálculos: 20 amstrongs de diámetro, 3,4 amstrongs entre bases nitrogenadas, dos hélices dextrógiras y bases nitrogenadas en el interior, aunque todavía desconocían su unión. Poco a poco se comenzaba a vislumbrar la estructura completa del ADN: las bases nitrogenadas, en el interior del esqueleto, se unían por puentes de hidrógeno. ¿Pero entre qué bases (A, T, C, G) se producían las uniones? Aquí sucedió otro momento clave en la historia. El cristalógrafo del Cavendish, Jerry Donahue, se dio cuenta de que las formas de las bases eran incorrectas: las guaninas y timinas deberían estar en sus formas cetónicas y no enólicas. Donahue entró al despacho de Watson para avisarle del fallo y este comenzó a mover las bases hasta dar con la respuesta: «Observé que un par de adenina y timina, unidos por dos puentes de hidrógeno, tenía una forma idéntica a un par de guanina y citosina unidos por al menos dos enlaces de hidrógeno». Watson había descubierto el emparejamiento de bases nitrogenadas: purinas con pirimidinas. De pronto, las reglas de Chargaff cobraron sentido. ¡Las dos hebras eran complementarias! Cuando Crick observó el modelo se lo tomó con escepticismo, pero tras revisarlo minuciosamente lo aprobó. El anuncio del descubrimiento del «secreto de la vida» se hizo en «The Eagle» (no iba a ser menos).
En marzo de 1953, tras días de comprobaciones, Wilkins y Franklin acudieron al Cavendish para observar el nuevo modelo. Ambos lo aprobaron. En este momento Watson, según recoge en su libro, fue consciente de que la mala relación de Rosalind con Wilkins era producto de su necesidad de estar en igualdad. El 6 de marzo, Franklin publicó un artículo describiendo la doble hélice del ADN en su forma A, deshidratada. Ya se encontraba redactando el artículo para la forma B, hidratada, el cual se publicaría el 25 de abril junto a otros dos artículos fundamentales para la biología: uno de Watson y Crick, y otro de Wilkins. El 2 de abril de 1953, Watson, Crick, Wilkins, Franklin y Gosling enviaron sus manuscritos a la revista Nature. Los tres artículos se publicaron en el número 4356 del 25 de abril y fueron los siguientes:
1. A structure for deoxyrribose nucleic acid (Watson y Crick).
2. Molecular structure of deoxypentose nucleic acids (Wilkins, Stokes y Wilson).
3. Molecular configuration in sodium thymonucleate (Franklin y Gosling).
Con estos tres artículos se describió por primera vez en nuestra historia la estructura del secreto de la vida, la del ADN. En su descubrimiento, como en tantos otros, intervinieron mentes prodigiosas de muchos países y trabajos en varios laboratorios.
Para terminar este artículo, os dejo el siguiente vídeo donde podéis ver a James Watson explicando cómo descubrieron la estructura del ADN en una charla TED de 2005:
Referencias:
1. James Dewey Watson (2011). La doble hélice: relato personal del descubrimiento de la estructura del ADN. Alianza Editorial, Madrid.
2. James Watson y Francis Crick (1953). Molecular structure of nucleic acids: a structure for deoxyribose nucleic acid. Nature, 171, pp: 737-738.
3. Maurice Wilkins, A. R. Stokes y H. R. Wilson (1953). Molecular structure of nucleic acids: molecular structure of deoxypentose nucleic acids. Nature, 171, pp: 738-740.
4. Rosalind Franklin y Raymond G. Gosling (1953). Molecular configuration in sodium thymonucleate. Nature, 171, pp: 740-741.
Recursos: La imagen de portada, en la que James Watson y Francis Crick se encuentran junto a su modelo tridimensional del ADN, se ha extraído de la Universidad de Cambridge. La fotografía de la Estación Zoológica Anton Dohrn de Nápoles se ha extraído de la página web de la Stazione Zoologica Anton Dohrn Napoli (autor desconocido). La fotografía de Francis Crick pertenece a Marc Lieberman. La recreación del modelo de ADN se ha extraído de la página web de Science Museum. La fotografía de Rosalind Franklin pertenece a MRC Laboratory of Molecular Biology. Tanto la fotografía 51 como la de uno de los despachos de King’s College de Londres se han extraído de la página web de King’s College of London.
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