Archivo mensual: agosto 2010

Descifrando el gran código

En los años 60, y tras el descubrimiento por Watson y Crick de la estructura del DNA, comenzó la carrera para descifrar el código genético, la piedra Rosetta de la bioquímica.

Esta es la historia de la lucha entre Marshall NirenbergSevero 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 ejeemplo 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.

Frecuencias teóricas de cada codón posible con combinaciones de las bases A,C y la frecuencias de cada aminoácido producido por dicho RNA

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

Código genético

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.

Figuras obtenidas de la revisión del propio Nirenberg y de esta web.

Enlaces relacionados, y muy recomendables, escritos por expertos:

Nota: este artículo fue publicado originalmente en Amazings.

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