08 La doble hélice

James Watson: «En aquella época … todo lo que me preocupaba era la estructura del ADN … Me ayudó mucho el hecho de que en Cambridge no hubiera chicas».

El descubrimiento, en 1953, de Francis Crick y James Watson de que el ADN se dispone en forma de una hélice doble constituyó uno de los logros científicos más importantes del siglo XX, equiparable a la teoría de la relatividad de Einstein y a la desintegración del átomo. Aunque los primeros especialistas en genética habían demostrado claramente que los genes son los responsables de la herencia, se disponía de muy poca información acerca de los procesos químicos implicados en ello. Crick y Watson cambiaron radicalmente esta situación al demostrar cómo actúan realmente los genes. Iniciaron una nueva era de la biología molecular en la que iba a ser posible evaluar, cartografiar y, en última instancia, modificar la actividad genética.

La idea de la doble hélice también apuntó claramente al mecanismo a través del cual el código de la vida se copia a medida que las células se dividen, de forma que cada cadena de ADN proporciona una plantilla a partir de la cual es posible la duplicación de las instrucciones genéticas. Tal como señalaron Crick y Watson en el breve artículo que publicaron en Nature en abril de 1953: «No se nos escapa que el emparejamiento específico que proponemos sugiere de manera inmediata un posible mecanismo de copia del material genético».

La búsqueda de la estructura En la década de 1950, varios equipos de investigación intentaban descifrar la estructura de la molécula de ADN. En Estados Unidos, Linus Pauling ya había demostrado que muchas proteínas se disponían con una configuración enrollada similar a la hélice de un muelle y propuso —equivocadamente— que el ADN estaba formado por una triple hélice. Mientras tanto, en el King’s College de Londres, Rosalind Franklin y Maurice Wilkins estudiaban el ADN mediante difracción de rayos X, un método que analiza cómo las moléculas dispersan la radiación y que ofrece información acerca de su configuración.

En Cambridge, Crick y Watson iban a utilizar la misma herramienta con propósitos distintos; el objetivo de Crick era la estructura de las proteínas, y el de Watson, un virus de la planta del tabaco, pero finalmente determinaron que el ADN era más interesante. Aunque el director de su laboratorio, Laurence Bragg, les prohibió que investigaran al considerar que era inoportuno y descortés adentrarse en el mismo ámbito de investigación que se estaba llevando a cabo en el King’s College, Crick y Watson siguieron trabajando en el problema, al principio de manera subrepticia y finalmente con la aprobación de Bragg, de modo que, en última instancia, pudieron resolverlo mediante la combinación de los resultados de otros investigadores con los suyos propios, y también con mucha suerte, ideas brillantes y muchas idas y venidas. El primer golpe de suerte vino de la mano de una visita que Erwin Chargaff realizó en 1952 al Reino Unido; sus experimentos en Estados Unidos habían demostrado que las cuatro bases del ADN aparecen siempre con las mismas proporciones, y que las células poseen cantidades iguales de los pares de bases adenina (A) y timina (T), por un lado, y de citosina (C) y guanina (G) por otro. Sus conferencias permitieron a Crick y Watson comprender que las bases del ADN aparecen en parejas en las que la letra A siempre está unida a la letra T, mientras que la letra C siempre está relacionada con la letra G. Así, se consiguió descifrar un elemento crucial de la doble hélice.

Un segundo momento de vital importancia vino de la mano de la investigación de Franklin. En 1952 esta investigadora había obtenido una imagen de rayos X de la molécula de ADN, denominada Foto 51, que Wilkins había mostrado a Watson sin el conocimiento de Franklin. Por otra parte, Crick había conocido los resultados de la investigadora por medio de Max Perutz, su director de tesis. Watson y Crick se dieron cuenta de que sus rivales no habían llegado a percibir la significación de Chargaff sobre las proporciones, permitía proponer una posible estructura para el ADN.

Al tiempo que la imagen de rayos X era clave, Crick y Watson desentrañaron su significación utilizando para ello medios tecnológicos sencillos, jugando con modelos de hojalata y cartón de los componentes del ADN para probar posibles estructuras mediante el método de ensayo y error. La Foto 51 fue realmente la pieza que solucionó el rompecabezas al indicar una posible estructura en la que podían encajar todas las piezas. Además, esta estructura —la doble hélice— funcionaba perfectamente.

Mecanismo de la doble hélice La molécula de ADN está formada por dos cadenas de bases unidas entre sí. Cada base está unida, a su vez, a su pareja natural (A con T y C con G) mediante un enlace de hidrógeno, al tiempo que, en el otro extremo, se halla un esqueleto de moléculas y azúcares y fosfato. El sistema de emparejamiento implica que las dos cadenas de ADN se pueden enrollar una sobre otra formando una doble hélice, como una escalera de caracol. Cada cadena es una imagen especular de la otra, de forma que en la posición en la que en una cadena hay una A, la cadena complementaria siempre presenta una T, y viceversa. Si la primera cadena muestra una secuencia ACGTTACCGTC, la otra presenta una secuencia TGCAATGGCAG.

Esta estructura revela claramente su función. La secuencia de bases del ADN codifica doblemente la información genética, lo que facilita la copia. Cuando una célula se divide, una enzima da lugar a la fragmentación de los enlaces de hidrógeno que conectan los pares de bases y, de esta manera, la doble hélice se abre por la mitad en sus dos cadenas constituyentes, como ocurre al abrir una cremallera. Ahora, cada cadena puede servir como plantilla para la replicación. Una segunda enzima, denominada polimerasa del ADN, añade nuevas bases a las letras de cada cadena emparejando las A con las T y las C con G. El resultado es la aparición de dos nuevas dobles cadenas de ADN que representan el software genético para las dos células hijas.

La idea de doble hélice, además de explicar cómo se copia el código de la vida, fue el elemento precursor de una nueva era de la genética en la que ya era posible usar el ADN para el diagnóstico de enfermedades, el desarrollo de medicamentos, la identificación de delincuentes e incluso la modificación de la propia vida. La estructura resultaba realmente sencilla, pero no así sus consecuencias.

La idea en síntesis: la estructura del ADN sugiere su función