Los experimentos más bellos y brillantes de la biología

Hace tiempo leí la lista de los experimentos o demostraciones de Física más brillantes. Elegidos por su sencillez al demostrar un hecho normalmente complejo y oscuro hasta ese momento. A su vez se consultó a varios científicos para decidir cual era el experimento de biología que merecía ser considerado el más bello de todos, el elegido fue el experimento de Meselson–Stahn (1958), el cual trataré aquí junto al que yo habría escogido, el de Luria–Delbrück:

El Experimento de Meselson-Stahn

Los antecendentes de este trabajo no podrían ser a su vez más relevantes. En 1953 Watson y Crick resolvían, gracias al trabajo previo de Franklin, la estructura del DNA. Entre las implicaciones de este gran descubrimiento se encontraba una importante sugerencia que ambos autores ya percibían: la replicación del DNA debía producirse por separación de las dos hebras y formación de una complementaria a cada una (hipótesis semiconservativa). Una idea genial ¿pero como sería posible demostrarlo?. No hay nada más apasionante en el la ciencia que una idea ronde la cabeza de muchos y observar la carrera para demostrarlo. A ella se apuntaron muchos de los grandes de la nueva biología molecular, incluido Max Delbrück, pero fueron un par de científicos jovenes quienes demostrarían, prácticamente con un experimento, la hipótesis semiconservativa del DNA.

 

Tras más de dos años de trabajo, Meselson y Stahn encontraron la clave. Utilizaron DNA bacteriano y se dieron cuenta que si crecían las bacterias con ¹⁵N, un isótopo pesado del Nitrogeno, el DNA formado pesaba más que el que se formaba al crecer en ¹⁴N, y de hecho lo suficiente para poder separarlos en un gradiente de densidad (CsCl), produciendose dos bandas diferenciadas. El siguiente paso consistió en crecer bacterias en un cultivo con ¹⁴N para luego pasarlos a otro medio de cultivo con ¹⁵N y revisar como iba variando los picos con el tiempo. Tal y como se observa en la figura superior la banda de la derecha, ¹⁴N, va desapareciendo para formar una un poco mayor y finalmente otra que corresponde a ¹⁵N. ¿Como se explica la banda intermedia? Solamente por la adicción de una banda pesada y otra ligera. El hecho de que no existan múltiples transiciones intermedias refuerza el argumento: una hebra de DNA se ha mantenido en cada célula hija y su pareja ha sido construida a partir de esos moldes.

Meselson M, Stahl FW. 1958. The Replication of DNA in Escherichia coli .
PNAS 44 (7): 671-682.

El experimento de Luria-Delbrück

Max Delbrück fue iluminado por las ideas de Schrödinger y demostró uno de los grandes pilares de la la biología molecular. En 1943 publicó junto a Luria un trabajo en el que trataban un tema fundamental sobre las mutaciones esto ocurría un año antes de que se descubriera que el ácido desoxirribonucleico, y no las proteínas, era el material de la herencia. El problema al que se enfrentaron Luria-Delbrück fue el siguiente: aparecen las mutaciones de manera expontanea o bien son inducidas por el medio. Un ejemplo que conocemos actualmente (y no en 1943) ilustra muy bien el problema: ¿los antibióticos generan resistencia en las bacterias o bien existe dicha resistencia en algunas de ellas en ausencia de selección y se manifiesta tras la erradicación del resto por los antibióticos?

El experimento consistió en crecer cultivos bacterianos en placas y generar placas hijas de cada colonia que crecía. Posteriormente se hacia crecer las bacterias junto a fagos, virus que afecta a bacterias, de tal forma que si la resistencia a este virus aparecía de forma aleatoria entre todos los linajes formados podríamos deducir que en un porcentaje de los casos se ha «generado» una resistencia inducida (A). Si por el contrario los casos de resistencia aparecen solo dentro de linajes emparentados podemos deducir que existe una información previa a la exposición al virus (B) y no aparece por acción de este. La segunda hipótesis fue la correcta. Además los autores incluyeron un sofisticado modelo matemático que explicaba el proceso. Un trabajo brillante por la sencillez y claridad del trabajo.

Luria SE, Delbrück M. 1943. Mutations of Bacteria from Virus Sensitivity to Virus Resistance.Genetics 28(6):491-511

Enlaces relacionados y referencias:

• Wikipedia (Delbrück-Luria experiment)
• The most beatiful experiment in Biology