Genoma Humano: El Secreto de la Vida

Descubriendo el secreto

Durante la mayor parte de la historia humana no conocíamos porqué las crías se parecían a sus padres. Fue un monje que trabajaba en un jardín de guisantes el que descubrió la verdad. Con esto comenzó la primera etapa de los descubrimientos genéticos.

1865 Las leyes de la herencia

Gregor Mendel

Sembrando guisantes, un monje austriaco de nombre Gregor Mendel descubrió cómo funciona la herencia – los padres le transmiten a sus crías características específicas por medio de “factores”, como los llamó Mendel. Desafortunadamente, nadie le hizo caso hasta comienzos de los años 1900.

1909 Una palabra nueva

Wilhem Johannsen, un botánico danés, acuñó el término “gen” de la palabra griega que significa “por nacer”. Esta palabra reemplazó el término “factores”, que había sugerido Mendel como que eran los responsables de transmitir las características. Los genes ahora tenían nombre, pero nadie sabía qué eran o cómo funcionaban.

1911 Genes en los cromosomas

Desde los años 1880, los científicos habían observado estructuras parecidas a hebras en el núcleo de la célula que denominaron “cromosomas”. En 1902, Walter Sutton, un estudiante graduado de la Universidad de Columbia, sugirió que los cromosomas contenían genes. Thomas Hunt Morgan, que también estudiaba en Columbia, lo comprobó en 1911. Trabajando con moscas fruteras, él y sus estudiantes descubrieron que los genes parecían estar fijos a lo largo de los cromosomas. En efecto, eran las unidades de la herencia.

Los años 1920 y 1930 ¿Qué son los genes?

Nadie sabía. Los científicos sabían que los genes se encontraban en los cromosomas y que los cromosomas estaban hechos de proteína y de ADN. Como muchos creían que la proteína era el componente importante de los genes, las investigaciones se concentraban en las proteínas. Los científicos pensaban que el ADN era una molécula demasiado sencilla para tener una función importante en los genes y la herencia.

1943 ¿Pudieran ser los genes el ADN?

Para los años 1920, Frederick Griffith del Ministerio de Salud del Reino Unido en Londres, había notado que bacterias inofensivas se convertían en mortales cuando se mezclaban con bacterias peligrosas. ¿Estarían las bacterias peligrosas transmitiéndole sus genes? En 1943, el investigador norteamericano Oswald Avery, del Instituto Rockefeller de Nueva York, descubrió que las bacterias peligrosas transmitían el ADN. Entonces, ¿estaban los genes hechos de ADN? Avery entendía que sí. Pero, como la mayoría de los científicos aún consideraban la proteína como el transportador de los genes, el trabajo de Avery no tuvo aceptación hasta los años 1950.

1944 Genes saltarines

El maíz no siempre sigue las reglas de herencia de Mendel, y Barbara McClintock, que trabajaba en el Laboratorio de Cold Spring Harbor en Long Island, Nueva York, quería saber por qué. Para sorpresa de todos (e incredulidad) ella descubrió que algunos genes no estaban fijos en los cromosomas – se escurrían y hasta brincaban a diferentes cromosomas. En 1983, se ganó un premio Nobel por descubrir “genes saltarines”.

1952 Los genes son el ADN

Los virus infectan las bacterias al inyectarle sus genes. Alfred Hershey y Martha Chase del Laboratorio de Cold Spring Harbor querían saber si esos genes eran proteína o ADN. Con un experimento sencillo, utilizando una mezcladora de cocina descubrieron que los virus inyectan las bacterias con ADN, no proteína. Para el 1943, Avery lo había dicho. Los genes son ADN.

1953 “Encontramos el secreto de la vida”. Francis Crick

¿Qué es el ADN y cómo funciona? La respuesta a esa pregunta vino del biólogo norteamericano James Watson y el físico británico Francis Crick, ambos de la Universidad de Cambridge en Inglaterra. Construyendo modelos caseros principalmente fundamentados en la investigación de otros científicos, ellos descubrieron la forma del ADN- una doble hélice. Mirando la forma de las dos hélices, pudieron ver cómo trabajaba. Cada hebra servía como un molde o plantilla para reproducirse a sí misma. A esto se le ha llamado el descubrimiento biológico más importante del siglo 20. En 1962, Watson y Crick , junto con su colega investigador Maurice Wilkins, se ganaron el premio Nobel.

Dando con el código

El descubrimiento de la doble hélice del ADN fue un avance asombroso, pero generó muchas preguntas. ¿Qué significan todas esas letras del ADN? ¿Cuál es el código? ¿Cómo viajan las recetas del núcleo a las fábricas de proteína fuera del núcleo? ¿Cómo funciona el proceso de fabricación de las proteínas? La próxima etapa de descubrimientos dio con el código de la receta genética de la vida.

1957 ¿Un eslabón perdido?

El ADN no era la única molécula implicada en la fabricación de proteínas. El ARN, un químico primo del ADN, también formaba parte de la combinación. Esto lo descubrió Elliot Volkin y Lazarus Astrachan, que trabajaban en lo que ahora se conoce como Oak Ridge National Laboratories en Tennessee. Para sorpresa de todos, parecía que el ARN, y no el ADN, controlaba la traducción de las recetas genéticas en proteínas.

1961 Un mensajero conocido como ARN

¿Cómo se traslada una receta genética fuera del núcleo celular? Un mensajero la transporta. Ese fue el descubrimiento del científico británico Sydney Brenner, que trabajaba en la Universidad de Cambridge. Él encontró que el ARN actúa como un mensajero (conocido como mARN), llevando el mensaje del ADN a la “fábrica” de proteínas (ribosomas) en las afueras de la célula. Ahora estaba completo el vínculo del ADN al ARN a las proteínas.

1961 Dando con el código

Marshal Nirenburg

¿Cómo el ADN le dice al ARN que fabrique proteínas? La respuesta surgió cuando Marshall Nirenberg y sus colegas de los Institutos Nacionales de la Salud en Bethesda, Maryland, revelaron el código para una palabra de tres letras (denominada codón) en la receta genética de la vida. Un codón compone la receta de un amino ácido, que es la base de una proteína. Para 1966, los científicos podían leer los codones para todos los 20 amino ácidos que componen las proteínas.

Corta y pega

Ahora los científicos están listos para revelar la función de las recetas genéticas específicas y las proteínas específicas. Una manera de descubrir cómo algo funciona es removiéndole una parte y ver qué sucede sin ella. Para hacer esto, los científicos se inventaron técnicas para cortar y pegar genes. Esta etapa del descubrimiento proveyó las herramientas básicas para leer los códigos de un genoma entero.

1968 Corta aquí…

Para cortar y pegar se necesitan tijeras. Las primeras “tijeras moleculares” (denominadas enzimas de restricción) fueron descubiertas por Hamilton Smith, de la Universidad de Johns Hopkins en Baltimore. Con estas tijeras, los científicos podían cortar pedazos del ADN de un genoma y experimentar con genes específicos para averiguar lo que hacen. Por este descubrimiento, Smith compartió un premio Nobel en 1978 con su colega Daniel Nathans.

1973 Fábricas genéticas

Herbert Boyer

¿Se puede cortar un gen de una especie y pegarlo en otra? Eso fue lo que hicieron Stanley Cohen y Herbert Boyer de la Universidad de California en San Francisco – cortaron el gen de un virus y lo pegaron en una bacteria. Cuando la bacteria se reprodujo, hizo copias del gen del virus. Los investigadores demostraron que las bacterias podían convertirse en fábricas de proteínas. Al recombinar genes de esta manera, Cohen y Boyer fundaron la tecnología de “recombinación” del ADN.

1975 Secuencia acelerada

Los científicos podían leer la orden, o secuencia, de millones de letras del ADN, pero sólo una a una. Ese trabajo duro y que demoraba tanto se hizo más fácil cuando Fred Sanger, de la Universidad de Cambridge , desarrolló el primer método rápido para “secuenciar” – denominado el método de terminación de cadena. En 1980, Sanger ganó el premio Nobel por su invención, junto con Walter Gilbert, de la Universidad de Harvard, que inventó otro proceso para secuenciar. El método de Sanger es la base de la tecnología actual para la secuencia automatizada.

1977 ADN “Basura”

Durante décadas, los científicos pensaban que la mayor parte del ADN contenía genes y que todo el gen era una receta para una proteína. Dos norteamericanos, Phillip Sharp de MIT y Richard Roberts de Cal Tech, desmoronaron la idea. Ellos encontraron que la mayor parte del ADN es una receta que no sirve para nada, y que dentro del gen hay secciones largas del ADN que aparentan no tener ninguna utilidad. Sharp y Roberts ganaron el premio Nobel en 1993 al descubrir el ADN “basura”.

1981 Cambio de genes

Si los genes de las bacterias y los virus pueden recombinarse, ¿por qué no los genes de los mamíferos? Para entender mejor los genes, Frank Costantini y Elizabeth Lacy, de los Laboratorios Cold Spring Harbor, inyectaron genes de conejos a óvulos fertilizados de ratones. Los ratones procreados parecían y actuaban como ratones, pero producían células sanguíneas de conejos. Investigaciones como éstas con animales “transgénicos” proveen a los científicos nuevas maneras de probar cómo trabajan los genes.

La carrera hacia la frontera

Para los años 1980, los geneticistas cortaban, pegaban y copiaban genes con facilidad. Mientras descifraban los genomas de varios virus y bacterias, surgió una idea radical - ¿por qué no controlamos todo el código del ADN humano? Esta etapa de descubrimiento produjo uno de nuestros mayores logros científicos – la determinación de la secuencia del genoma humano en su totalidad.

1983 Máquina de copia del ADN

El estudio de los genes requería grandes cantidades de material genético costoso. El bioquímico Kary Mullis, que en ese momento trabajaba con Cetus Corporation en Emeryville, California, revolucionó la genética. Mientras manejaba por la costa una noche, se le ocurrió una manera rápida y económica de hacer muchas copias de una pequeña porción del ADN. Su técnica, conocida como reacción en cadena de la polimerasa (PCR, por sus siglas en inglés) tiene una importancia especial para las pruebas genéticas y la huella del ADN. En 1993, Mullis ganó el premio Nobel por su descubrimiento.

1986 Más rápido, más rápido.

Aun los métodos “rápidos” para secuenciar los genes eran lentos – los científicos sólo podían leer cerca de 500 letras del ADN diariamente. Leroy Hood y sus colegas del Cal Tech inventaron la primera máquina automatizada para secuenciar. Podía leer 15,000 letras o más al día. Por primera vez, el sueño mayor de los científicos de leer el genoma humano en su totalidad parecía una realidad.

1990 Al fin … el Proyecto del Genoma Humano

Todos los descubrimientos de los 150 años previos llevaron a una empresa monumental – secuenciar el genoma humano entero. Los científicos estimaron que tardaría 15 años secuenciar las casi 3 mil millones de letras, pero confiaban que se podía hacer.

1998 Nuevas tecnologías

La primera máquina para secuenciar el ADN (una máquina lectora de recetas) diseñada a nivel industrial la presentó una compañía conocida como Applied Biosystems. Muchas de estas máquinas para secuenciar eran utilizadas por el Proyecto del Genoma Humano, y por compañías privadas, en su trabajo de hacer el mapa del genoma humano.

2000 “Con este nuevo y profundo conocimiento, la raza humana se encuentra al borde de obtener un nuevo poder inmenso para sanar…” Presidente Bill Clinton

El 26 de junio de 2000, se completó el primer borrador del genoma humano – antes de lo programado. El arduo trabajo de cientos de científicos en más de 20 laboratorios financiados con fondos públicos de alrededor del mundo, como también financiados por la compañía privada Celera, de Rockville, Maryland, valió la pena. El mundo celebraba: teníamos el libro de recetas del ser humano.

¿Cuál es la próxima etapa?

“Hoy … no es el fin de la ciencia del genoma, sino, tal vez, es el fin del comienzo. Juntos debemos desarrollar los avances de la medicina que son la verdadera razón de este trabajo. Y con tal vez el mismo vigor, debemos proveer las protecciones contra el potencial de la mala utilización de la información genética … debemos aplicarle la misma energía y atención para resolver los asuntos éticos, legales y sociales que le aplicamos a la investigación”.
—Dr. Francis Collins, director del Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano’, 26 de junio de 2000

“Algunos me han dicho que secuenciar el genoma humano apagará la humanidad al quitarle el misterio a la vida … No hay nada más lejos de la verdad. Las complejidades y las maravillas de cómo unos químicos inanimados, que son nuestro código genético, hacen surgir los imponderables del espíritu humano pueden mantener inspirados a poetas y a filósofos por milenios”.
—Dr. J. Craig Venter, entonces presidente de Celera Genomics, 26 de junio de 2000