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Experimentos clásicos: el ADN como el material genético
Los experimentos de Frederick Griffith, Oswald Avery y sus colegas, y los de Alfred Hershey y Martha Chase.
Introducción
Nuestra comprensión moderna del papel del ADN en la herencia nos ha conducido a una gran variedad de aplicaciones prácticas, como el análisis forense, las pruebas de paternidad y la selección genética. Gracias al amplio alcance de estas aplicaciones, hoy en día muchas personas tienen al menos un conocimiento básico sobre el ADN.
Puede entonces ser sorprendente darse cuenta de que hace menos de un siglo, ni siquiera los miembros mejor educados de la comunidad científica sabían que el ADN era el material hereditario.
En este artículo, veremos algunos de los experimentos clásicos que condujeron a la identificación del ADN como el portador de la información genética.
Proteínas vs ADN
El trabajo de Gregor Mendel mostró que los rasgos (como el color de las flores en plantas de guisantes) no se heredaban directamente, sino que en realidad eran especificados por genes que pasan de padres a hijos. El trabajo de otros científicos más a comienzos del siglo XX, como el de Theodor Boveri, Walter Sutton y Thomas Hunt Morgan, estableció que los factores hereditarios de Mendel probablemente se encontraban en los cromosomas.
Al principio, los científicos pensaban que las proteínas, que se encuentran junto al ADN en los cromosomas, resultarían ser el material genético que buscaban. Se sabía que las proteínas tienen diversas secuencias de aminoácidos, mientras que se creía que el ADN era un aburrido polímero repetitivo, debido en parte a un modelo incorrecto (pero popular) de su estructura y composición
Hoy sabemos que el ADN en realidad no es repetitivo y puede almacenar grandes cantidades de información, como se discute con mayor profundidad en el artículo sobre el descubrimiento de la estructura del ADN. Pero, ¿cómo fue que los científicos identificaron por primera vez que el "aburrido" ADN podría realmente ser el material genético?
Frederick Griffith: la transformación bacteriana
En 1928, el bacteriólogo británico Frederick Griffith llevó a cabo una serie de experimentos con ratones y bacterias Streptococcus pneumoniae. Griffith no intentaba identificar el material genético, sino en realidad trataba de desarrollar una vacuna contra la neumonía. En sus experimentos, Griffith utilizó dos cepas de bacterias relacionadas, conocidas como R y S.
- Cepa R. Cuando se cultivan en una caja de Petri, las bacterias R formaban colonias, o grupos de bacterias relacionadas, que tenían bordes bien definidos y un aspecto rugoso (de ahí la abreviatura "R"). Las bacterias R no eran virulentas; es decir, al inyectarse en un ratón no causaban enfermedad.
- Cepa S. Las bacterias S forman colonias redondas y lisas (la abreviatura "S" es por la palabra "smooth" en inglés). La apariencia lisa se debía a una envoltura de polisacárido, a base de azúcares, que producían las bacterias. Esta capa protegía a las bacterias S del sistema inmunitario del ratón, por lo que resultaban virulentas (capaces de causar enfermedad). Los ratones a los que se les inyectaban bacterias S vivas desarrollaban neumonía y morían.
Como parte de sus experimentos, Griffith inyectó bacterias S muertas por calor en ratones (es decir, bacterias S que se calentaron a altas temperaturas, lo que causó la muerte de las células). Como era de esperarse, las bacterias S muertas por calor no enfermaron a los ratones.
Sin embargo, los experimentos tomaron un giro inesperado cuando inocuas bacterias R se combinaron con las inofensivas bacterias S muertas por calor y se inyectaron en un ratón. El ratón no solo desarrolló pnenumonia y murió, sino que cuando Griffith tomó una muestra de sangre del ratón muerto, ¡encontró que contenía bacterias S vivas!
Griffith concluyó que las bacterias de la cepa R debían haber tomado lo que él llamó "principio transformante" de las bacterias S muertas por calor, que les permitió "transformarse" en bacterias con cobertura lisa y volverse virulentas.
Avery, McCarty y MacLeod: la identificación del principio transformante
En 1944, tres investigadores canadienses y estadounidenses, Oswald Avery, Maclyn McCarty y Colin MacLeod, se propusieron identificar el "principio transformante" de Griffith.
Para ello, comenzaron con grandes cultivos de células S muertas por calor, y mediante una larga serie de pasos bioquímicos (que se determinaron por cuidadosa experimentación), purificaron progresivamente el principio transformante al lavar, separar o destruir enzimáticamente los otros componentes celulares. Con este método, fueron capaces de obtener pequeñas cantidades de principio transformante altamente purificado, el cual podían luego analizar con otras pruebas para determinar su identidad
Varias líneas de evidencia les sugirieron a Avery y a sus colegas que el principio transformante podría ser el ADN
- La sustancia purificada dio un resultado negativo en las pruebas químicas conocidas para detectar proteínas, pero un resultado fuertemente positivo en un examen químico conocido para detectar ADN.
- La composición elemental del principio transformante purificado era muy semejante a la del ADN en su proporción de nitrógeno y fósforo.
- Enzimas que degradan proteínas y ARN tenían poco efecto sobre el principio transformante, pero las enzimas capaces de degradar ADN eliminaban la actividad transformante.
Todos estos resultados apuntaban hacia el ADN como el probable principio transformante. Sin embargo, Avery fue cauteloso en la interpretación de sus resultados. Se dio cuenta de que era posible que alguna sustancia contaminante presente en pequeñas cantidades, y no el ADN, fuera el principio transformante real
Debido a esta posibilidad, el debate sobre el papel del ADN continuó hasta 1952, cuando Alfred Hershey y Martha Chase utilizaron un enfoque diferente para identificar concluyentemente al ADN como el material genético.
Los experimentos de Hershey y Chase
En sus ahora legendarios experimentos, Hershey y Chase estudiaron bacteriófagos, virus que atacan bacterias. Los fagos que utilizaban eran simples partículas compuestas de proteína y ADN, con sus estructuras externas hechas de proteínas y el núcleo interno compuesto por ADN.
Hershey y Chase sabían que los fagos se unían a la superficie de una célula bacteriana hospedera e inyectaban alguna sustancia (ya sea ADN o proteínas) en el hospedero. Esta sustancia daba "instrucciones" que causaban que la bacteria hospedera comenzara a producir montones y montones de fagos, es decir, este era el material genético del fago. Antes del experimento, Hershey pensaba que el material genético resultaría ser proteína
Para establecer si el fago inyectaba ADN o proteína en las bacterias hospederas, Hershey y Chase prepararon dos lotes diferentes de fagos. En cada lote, el fago se produjo en presencia de un elemento radioactivo específico que se incorporó a las macromoléculas (ADN y proteínas) que componían el fago.
- Una muestra se produjo en presencia de
- La otra muestra se produjo en presencia de
Cada lote de fagos marcados radiactivamente se utilizó para infectar un cultivo diferente de bacterias. Después de que ocurría la infección, cada cultivo se metía en una licuadora para retirar cualquier fago o fragmento de fago restante del exterior de las células bacterianas. Finalmente, los cultivos se centrifugaron, o giraron a altas velocidades, para separar las bacterias de los residuos de fago.
La centrifugación causa que el material más pesado, como las bacterias, se mueva a la parte inferior del tubo y forme una masa llamada sedimento. El material más ligero, como el fago, los fragmentos de fago y el medio (caldo) que se usó para alimentar a las bacterias, permanece cerca de la parte superior del tubo y forma una capa líquida llamada sobrenadante.
Cuando Hershey y Chase midieron la radioactividad del sedimento y del sobrenadante en ambos de sus experimentos, encontraron que una gran cantidad de
Las preguntas que seguían sin respuesta
El trabajo de estos investigadores proporcionó fuerte evidencia de que el ADN era el material genético. Sin embargo, todavía no estaba claro cómo una molécula aparentemente tan simple podría codificar la información genética necesaria para construir un organismo complejo.
nvestigaciones adicionales de muchos científicos, como Erwin Chargaff, James Watson, Francis Crick y Rosalind Franklin, llevó al descubrimiento de la estructura del ADN, que aclaró cómo es que el ADN puede codificar grandes cantidades de información.
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Los experimentos de Hershey y Chase
en el tercer párrafo se habla sobre las bacterias hospederas, ¿que son estas bacterias, y que encontraron Hershey y Chase en ellas para utilizarlas en el ADN?(2 votos)- porque usaron p y s en el experimento y no carbono o oxigeno en su lugar? porque?(2 votos)
- Como se sabe, el azufre está en algunos aminoácidos, los cuales conforman las proteínas, de igual manera el fósforo está solo en el DNA más no en las proteínas, esto lo hacen con el fin de distinguirlas al final, un modo de marcaje, no usan carbono, ya que está presente en muchos compuestos como azúcares, los mismos aminoácidos y sería contraproducente usar carbono.(3 votos)
¿Por qué Avery y sus colaboradores no utilizaron ratones en su experimento?(1 voto)
because the mouse dies are used both at the same time?(1 voto)