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7.3: Identificar el ADN como material genético

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    Aún era necesario determinar la ubicación exacta y los mecanismos de nivel molecular detrás del almacenamiento y transmisión de la información genética. Dos tipos de experimentos llevaron a la conclusión de que la información genética se almacenaba en una forma químicamente estable. En un conjunto de estudios, H.J. Muller (1890—1967) encontró que exponer las moscas de la fruta a los rayos X (una forma de luz altamente energética) generaba mutaciones que podían pasar de generación en generación. Esto sugirió que la información genética se almacenaba en forma química y que esa información podría alterarse a través de interacciones con la radiación. Una vez alterada, la información volvió a ser estable.

    La segunda pieza de evidencia experimental que apoya la idea de que la información genética fue codificada en una forma química estable provino de una serie de experimentos iniciados en la década de 1920 por Fred Griffith (1879—1941). Estaba estudiando dos cepas de la bacteria Streptococcus pneumoniae. Estas bacterias causan neumonía bacteriana y, cuando se introducen, matan a los ratones infectados. Griffith cultivó estas bacterias en el laboratorio. Esto se conoce como cultivar la bacteria. Decimos que las bacterias cultivadas en cultivo se han cultivado in vitro o en vidrio (aunque en los laboratorios modernos, a menudo se cultivan en plástico), a diferencia de in vivo o dentro de un animal vivo. Siguiendo métodos comunes, cultivó bacterias en placas cubiertas con agar solidificado (una sustancia similar a la jella derivada de algas de agua salada) que contenía diversos nutrientes. Por lo general, un cultivo líquido de bacterias se diluye y se extiende sobre estas placas, con bacterias individuales y aisladas que descansan sobre la superficie del agar. Las bacterias individuales se unen a la placa independientemente y separadas entre sí. Las bacterias son asexuales y así cada bacteria puede crecer hasta convertirse en una colonia, un clon de la bacteria original que aterrizó en la placa. La cepa causante de la enfermedad de S. pneumoniae creció en colonias lisas o tipo S, debido a que la bacteria segrega una sustancia similar al delgema. Griffith encontró que los ratones inyectados con la cepa S S. pneumoniae rápidamente se enfermaron y murieron. No obstante, si mató a la bacteria con calor antes de la inyección los ratones no se enfermaron, lo que indica que fueron las bacterias vivas las que produjeron (o evocaron) los síntomas de la enfermedad en lugar de alguna toxina química estable.

    Sin embargo, durante el cultivo prolongado in vitro, los cultivos de bacterias de la cepa S a veces dieron lugar a colonias ásperas (R); las colonias R no fueron lisas y brillantes sino de apariencia rugosa. Esto parecía ser un cambio genético ya que una vez aisladas, las cepas de tipo R produjeron colonias de tipo R, un proceso que podría repetirse muchas, muchas veces. Más importante aún, los ratones inyectados con la cepa R S. pneumoniae no se enfermaron. Sin embargo, surgió una complejidad confusa; los ratones coinyectados con la cepa R viva de S. pneumoniae (que no causó enfermedad) y la cepa S muerta S. pneumoniae (que tampoco causó la enfermedad), de hecho, ¡se enfermaron y murieron! Griffith pudo aislar y cultivar S.pneumoniae de estos ratones moribundos y encontró que, cuando se cultivaban in vitro, producían colonias lisas. Él denominó a estas cepas S-II (lisas). Su hipótesis fue que un componente químico estable (es decir, no vivo) derivado de la bacteria S muerta había “transformado” la cepa R avirulenta (benigna) para producir una nueva cepa virulenta S-II 204. Desafortunadamente Fred Griffith murió en 1941 durante el bombardeo de Londres, que puso fin abruptamente a sus estudios.

    En 1944, los estudios de Griffith fueron continuados y ampliados por Oswald Avery, Colin McLeod y Maclyn McCarty. Se propusieron utilizar el ensayo de Griffith para aislar lo que denominaron el “principio transformador” responsable de convertir las cepas R de S. pneumoniae en cepas S. Su enfoque fue moler las células y aislar sus diversos componentes, como proteínas, ácidos nucleicos, carbohidratos y lípidos. Luego digirieron estos extractos con diversas enzimas (catálisis específica de reacción) y preguntan si el principio transformante permaneció intacto.

    El tratamiento de extractos celulares con proteasas (que degradan proteínas), lipasas (que degradan los lípidos) o ARNasas (que degradan los ARN) no tuvo ningún efecto sobre la transformación. En contraste, el tratamiento de los extractos con ADNasas, enzimas que degradan el ADN, destruyó la actividad. Un mayor apoyo a la idea de que la “sustancia transformante” era el ADN se sugirió por el hecho de que tenía las propiedades físicas del ADN; por ejemplo, absorbió luz como ADN en lugar de proteína (espectros de absorción de ADN versus proteína. Estudios posteriores confirmaron esta conclusión. Además, el ADN aislado de bacterias de la cepa R no pudo producir la cepa S a partir de bacterias de la cepa R, mientras que el ADN de las bacterias de la cepa S pudo transformar las cepas R en cepas S. Concluyeron que el ADN derivado de células S contiene la información requerida para la conversión; es, o más bien contiene, un gen requerido para el fenotipo de la cepa S. Esta información se había perdido, presumiblemente, por mutación durante la formación de cepas R. El fenómeno explotado por Griffiths y Avery et al., conocido como transformación, es un ejemplo de transferencia genética horizontal, que discutiremos con mayor detalle más adelante. Es el movimiento de información genética de un organismo a otro. Este es un proceso claramente diferente al movimiento de la información genética de un padre a un resorte, lo que se conoce como transferencia génica vertical. Diversas formas de transferencia horizontal de genes ocurren dentro del mundo microbiano y permiten que la información genética se mueva entre especies. Por ejemplo, la transferencia horizontal de genes es responsable de la rápida expansión de las poblaciones de bacterias resistentes a los antibióticos. Los virus utilizan una forma altamente especializada (y optimizada) de transferencia génica horizontal 205. La pregunta es, ¿por qué es esto posible? Si bien podríamos aceptar fácilmente que la información genética debe ser transferida de padres a hijos (podemos ver la evidencia de este proceso con nuestros ojos), la idea de que la información genética puede transferirse entre diferentes organismos que no están (aparentemente) relacionados es bastante más difícil de tragar. Como veremos, la transferencia horizontal de genes es posible principalmente porque todos los organismos comparten el mismo sistema básico para codificar, leer y replicar información genética. La maquinaria hereditaria es homóloga entre los organismos existentes.

    Colaboradores y Atribuciones


    This page titled 7.3: Identificar el ADN como material genético is shared under a not declared license and was authored, remixed, and/or curated by Michael W. Klymkowsky and Melanie M. Cooper.