biología molecular (Técnico)

Autor: MARGARITA SALAS FALGUERAS

Según Francis Crick «La Biología molecular es la rama de la Biología que estudia los seres vivos y los fenómenos vitales con arreglo a las propiedades de sus estructuras moleculares. Y según Arthur Kornberg «La Biología molecular se ocupa fundamentalmente de la triada ADN, ARN y proteína, y de la transferencia de la información genética».
La Biología molecular nace en los años 50 cuando Max Delbrück y un grupo de investigadores, la mayoría físicos como él, deciden abandonar la Física y dedicarse a la Biología con la esperanza de encontrar nuevas leyes que explicasen la conservación y la transmisión del material genético. El modelo que eligieron para su estudio fue el de los virus bacterianos, también llamados bacteriófagos o simplemente fagos, en particular los fagos T pares que infectan Escherichia coli, entre los que cabe destacar los fagos T2 Y T4. Algunos hitos de estos primeros años del nacimiento de la Biología molecular: en 1952 Hersey y Chase, utilizando el fago T2, confirmaron el descubrimiento, realizado unos años antes por Avery, McLeod y McCarthy, de que el material genético es ADN. Hershey y Chase demostraron que es el ADN del fago, y no la proteína, el que es inyectado dentro e la bacteria, dando lugar eventualmente a miles de copias del fago. En 1953, Watson y Crick propusieron la estructura en doble hélice del DNA basándose en las fotografías de difracción de rayos X del ADN obtenidas por Rosalind Franklin y las reglas de Chargaff, proponiendo a la vez, un mecanismo para la replicación semiconservativa del mismo, lo que 5 años más tarde fue demostrado por Meselson y Stahl. Por otra parte, Arthur Kornberg descubrió la primera ADN polimerasa, en Escherichia coli, lo que le valió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1959, que compartió con Severo Ochoa.
En los comienzos de los años 60, también trabajado con el fago T4, se descubrió el RNA mensajero como intermediario en el proceso de síntesis de proteínas que tiene lugar en los ribosomas, y se postuló el papel del ARN de transferencia como adaptador en el proceso de traducción del ARN mensajero para dar lugar a la síntesis de proteínas. Simultáneamente, Jacob y Monod propusieron el modelo del operón en la regulación de la expresión del material genético, con la existencia, además de los genes estructurales, de genes reguladores que dan lugar a las proteínas correspondientes, los represores. Los represores se unen a regiones reguladoras, los operadores, impidiendo la expresión del material genético. En presencia de los llamados inductores los represores se inactivan, lo que permite la expresión de los genes estructurales. Posteriormente se propuso un nuevo elemento genético, los promotores, o sitios de iniciación de la transcripción. Una confirmación importante del modelo del operón se realizó simultáneamente en 1967 por Gilbert y por Ptashne, quienes aislaron las proteínas represoras del operón de la lactosa y del bacteriófago ë, respectivamente.
En los comienzos de los años 60 se llegó también al desciframiento de la clave genética, es decir, cómo la información contenida en la secuencia de las cuatro bases del ADN es leída en forma de tripletes para dar lugar a la secuencia de los veinte aminoácidos en las proteínas. En este trabajo, en el que intervinieron los laboratorios de Ochoa, Niremberg y Khorana, jugó un papel importante la polinucleótido fosforilasa descubierta por Severo Ochoa a mediados de los años 50, y que le valió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1959. El conocimiento de la clave genética nos permite entender cómo una mutación puntual, es decir, el cambio de una única base en el ADN, da lugar al cambio de un aminoácido en la proteína correspondiente, lo que a su vez, nos permite entender la base molecular de muchas enfermedades.
Los descubrimientos realizados en los comienzos de los años 60 llevaron a la caracterización de las distintas proteínas implicadas en la expresión del material genético en los procesos de replicación, transcripción y traducción, con el establecimiento de lo que se llamó el dogma central de la Biología molecular: el ADN hace ARN mensajero y éste hace proteínas.
En 1970 la comunidad científica se asombró con el descubrimiento, realizado independientemente por Temin y Baltimore, de la transcriptasa inversa presente en los retrovirus, con la demostración de que el ARN puede dar lugar a ADN, algo que unos años antes se había considerado como una herejía por ir en contra del dogma. En los comienzos de los años 70 se iniciaron los primeros experimentos de manipulación genética in vitro con la posibilidad de obtener ADNS quiméricos, con información procedente de distintos organismos, y la posibilidad de expresar en un organismo el ADN procedente de otro organismo. Una herramienta clave para este tipo de experimentos fueron las nucleasas de restricción, enzimas capaces de cortar el ADN en secuencias específicas. También se descubrieron los genes interrumpidos y su procesamiento a nivel del pre- RNA mensajero («splicing»).
En la década de los 70 y 80 se descubrieron los oncogenes y los genes supresores de tumores o anti-oncogenes. También se descubrieron los priones como agentes infecciones que no contienen ácido nucleico, sino proteína. A nivel tecnológico se obtuvieron los primeros animales transgénicos. A finales de los años 70 se pusieron a punto métodos para secuenciar el ADN por Maxam y Gilbert (método químico) y por Sanger (método enzimático), lo que ha revolucionado en gran parte la investigación biológica, con la secuenciación en 2001 de los 3.200 millones de nucleótidos que forman el genoma humano, con las importantes implicaciones de conocimiento básico y aplicado que está suponiendo.

Véase: Análisis genéticos, ADN, Datos genéticos, Genoma Humano, Muestra biológica.

Bibliografía: WATSON, James D. y cols. Biología Molecular del Gen,5.ª Ed, 2005, Ed. Médica Panamericana; ALBERTS, Bruce y cols, Biología Molecular de la Célula, Ed. Omega, 4.ª Ed, 2004; LODISH, Harvey y cols, Biología Celular y Molecular, Ed. Médica Panamericana, 5.ª Ed, 2005; WATSON, James D., La doble hélice. Relato personal del descubrimiento de la estructura del ADN, 1968; DARDEN, Lindley / TABERY, James. Molecular Biology. http://plato.stanford.edu/archives/spr2009/entries/molecular- biology,The Stanford Encyclopedia of Philosophy (Spring 2009 Edition), Edward N. Zalta (ed.)