miércoles, 28 de diciembre de 2016

Biología molecular: Breve recorrido histórico.


La biología molecular podría parecer una ciencia reciente, sin embargo los inicios de esta se remontan a mas de un siglo atrás. y  si bien actualmente la biología molecular ha avanzado tanto como para poder identificar la especie de un hominido de 1.5 millones de años de antigüedad con un pequeño molar, en sus principios la biología molecular apenas se comenzaba a clasificar a los diferentes tipos de animales, es por eso que  a continuación veremos un breve pasaje por la historia de la biología molecular.


Charles Darwin

Podemos decir que la historia comienza a principios del siglo XIX, cuando Charles Darwin  propuso la teoría del origen de las especies, en la que se plantea la preservación de las características más favorables de un organismo como consecuencia de un cambio en la secuencia del ADN, lo que en la actualidad se conoce como una mutación.

Gregor Mendel
Posteriormente, en 1865, Gregor Mendel, quien fue un monje agustino .publica sus experimentos con plantas híbridas, y llama a los resultados de su investigación “Leyes de la herencia”, por lo que se le considera el padre de la genética.

Estos experimentos causaron un gran impacto en la comunidad científica, y de esta forma permitieron deducir que las características de un organismo están determinadas por un par de factores, que son aportados por cada progenitor.


 Estas “unidades hereditarias”, llamadas "genes", no se mezclan, sino que se transmiten con toda la información, y uno de los factores resulta dominante sobre el otro, el que se le considera recesivo, de esta forma se da origen a la formulación de las leyes fundamentales de la herencia.




Thomas Hunt Morgan
En 1909, Thomas en la Universidad de Columbia, realizó unos experimentos hoy considerados
clásicos sobre los rasgos genéticos ligados al sexo, lo que le hizo acreedor del Premio Nobel en 1933. Sus contribuciones científicas más importantes se centraron en el campo de la genética, y demostró que los cromosomas son portadores de los genes, lo que dio lugar a lo que se conoce
como la teoría cromosómica de Sutton y Boveri. De sus experimentos, concluyó que:

1. Algunos caracteres se heredan ligados al sexo.
2. El gen responsable del carácter “ojos blancos” está en el
cromosoma X.
3. Existe la posibilidad de que otros genes también residan
en cromosomas específicos.



Frederick Griffith
Oficial médico y genetista británico. En 1928 realizó lo que se conoce como “experimento de Griffith”, en el que descubrió el “principio transformante”.

El experimento de Griffith es curioso y a grandes rasgos demostró un mecanismo de transferencia de material genético entre bacterias, esto ocurrió  mientras investigaba una vacuna para prevenir la neumonía durante la pandemia de gripe que se produjo tras la Primera Guerra Mundial.

 Para ello usó dos cepas de la bacteria Streptococcus pneumoniae: la cepa S (virulenta), que contenía una cápsula de polisacáridos, y la R (no virulenta), que carecía de ella.

Cuando se inyectaba a ratones la cepa S causaba neumonía y la muerte en un día o dos. Si la cepa S se calentaba para matarla y se inyectaba en ratones perdía su virulencia y los ratones no desarrollaban neumonía. Sin embargo, si se inyectaban bacterias
muertas de la cepa S mezcladas con bacterias vivas de la cepa R (S/R), los ratones infectados morían.

Al aislar la bacteria en la sangre de estos ratones se descubrió que la cepa R, anteriormente avirulenta, presentaba cápsula y se transformaba en S.



William Thomas Astbury
En 1938, sir William Thomas Astbury y Florence Bell, de la Universidad de Leeds, en Inglaterra, al realizar estudios de difracción por rayos X, propusieron que el ADN era una fibra compuesta de bases nitrogenadas apiladas a 0.33 nm unas de otras, perpendiculares al eje de la molécula.
Su perseverancia y dedicación lograron que en 1945 consiguiera la primera cátedra de Estructura Biomolecular.


Erwin Chargaff
En 1950, Erwin Chargaff  descubre las leyes que rigen la complementariedad de bases de los ácidos nucleicos. Mediante cromatografía en papel, Chargaff demostró que el ADN aislado de diferentes organismos contiene la misma proporción de Adeninas y de Timinas, así como de citosinas y de guaninas. Asimismo, demostró que el porcentaje de bases purinas era igual al de bases pirimidinas. Con estos descubrimientos se fundamentó el principio de complementariedad de las bases de los ácidos nucleicos.


Rosalind Franklin
Entre 1950 y 1953, la mayor parte de la comunidad científica comenzaba a admitir que el material genético es el ADN. La quimicofísica Rosalind Franklin, mediante estudios de difracción de rayos X, descubrió que el ADN presentaba los grupos fosfato hacia el exterior y podía hallarse de dos formas helicoidales distintas: las que hoy conocemos como ADN-A y ADN-B.



James Dewey Watson y Francis Harry Crick
En 1953, el bioquímico estadounidense Watson y el biofísico inglés Crick elaboraron el famoso modelo de la doble hélice de ADN, que explicaba de manera clara que el ADN podía duplicarse y transmitirse de una célula a otra. 
Su maqueta representaba al ADN formado por dos cadenas antiparalelas: una que corre en dirección 5´-3´, y la otra que lo hace en la dirección opuesta 3´-5´.


 Estas cadenas tienen una estructura de α-hélice y se hallan unidas por dos y tres puentes de hidrógeno entre las bases A-T y G-C, respectivamente.


A partir de este momento con los descubrimientos de Watson y Crick comienza la época de la biología molecular moderna.





Matthew Stanley  y Franklin Stahl
En 1958, Mathew Stanley Meselson y Franklin Stahl confi rmaron la replicación semiconservadora propuesta por Crick. 
En su experimento utilizaron centrifugación con gradientes de soluciones de cloruro de cesio (CsCl). Cultivaron bacterias en un medio que contenía el isótopo 15N (pesado) para marcar las cadenas de ADN progenitoras. 


Después cambiaron el medio por uno que contenía 14N (ligero) y se permitió que las células se replicaran una sola vez. Si la replicación fuera semiconservadora, después de una replicación, todas las moléculas de ADN resultantes tendrían que contener una cadena pesada y una ligera, y en consecuencia su densidad sería intermedia.
 Este resultado fue observado por Meselson y Stahl. Después de dos replicaciones en 14N la mitad de las moléculas de ADN eran ligeras y la otra mitad, híbridas, es decir, con densidad intermedia, justo como lo predice la replicación semiconservadora.



Kary Mullis
Kary Banks Mullis  desarrolló una técnica innovadora que revolucionó la investigación en biología molecular: la reacción en cadena de la polimerasa (polymerase chain reaction, PCR). 

En 1985, mientras trabajaba en la compañía Cetus, desarrolló la PCR, que permite la amplificación de una secuencia específica de ADN mediante nucleótidos trifosfatados y un ADN polimerasa. 


La versión de la técnica propuesta inicialmente por Mullis, aunque efectiva, era poco eficiente, hasta que se le ocurrió emplear ADN polimerasas termoestables, extraídas de microorganismos termofílicos, como la Taq polimerasa procedente de Thermus aquaticus. 

Por esta invención, en 1993 recibió el Premio Japón y el Premio Nobel de Química, compartido con el canadiense Michael Smith. Cetus, la compañía en que trabajaba Mullis, le dio una recompensa de 10 000 dólares por la invención de la PCR y luego vendió la patente por 300 millones de dólares a Roche Molecular Systems.






Primer tratamiento de terapia génica con éxito en niños (1989)
En la década de 1980 se propició el advenimiento de la terapia génica, el uso de genes para el tratamiento de enfermedades. Esta estrategia terapéutica se consolidó en 1989, cuando se llevó a cabo el primer protocolo clínico.

En este estudio se incluyó a dos pacientes, uno de cuatro años y otro de nueve. Se les realizó una extracción de sangre y se aislaron por aféresis los linfocitos T periféricos, que se estimularon con interleucina-2 (IL-2) y anticuerpos anti-CD3 durante 72 h y se transdujeron con un vector retroviral que contenía el gen ADA. Se cultivaron durante 9 a 12 días y posteriormente se reincorporaron al paciente. Los pacientes recibieron 10 a 12 infusiones durante dos años.

Como resultado, la función inmunológica de ambos llegó a niveles mucho más altos que durante el periodo de tratamiento con sustitución enzimática, y se mantuvieron estables dos años después del último tratamiento.


Proyecto del Genoma Humano (1990)
El Proyecto del Genoma Humano (PGH) fue un proyecto internacional de investigación científica con el objetivo fundamental de determinar la secuencia de pares de bases que componen el ADN e identificar los aproximadamente 30 000 genes del genoma humano, desde un punto de vista físico y funcional. 

En 1990 se inauguró definitivamente el PGH y se calcularon 15 años de trabajo.
En una primera etapa, la elaboración de mapas genéticos exigió el desarrollo de nuevas técnicas de secuenciación para poder abordar todo el genoma. Para su desarrollo se destinó un presupuesto de 3000 millones de dólares y se calculó que iba a terminar en 2005.

En 2001 se elaboró y publicó el primer borrador del genoma. En abril de 2003 se publicó la secuencia completa del genoma humano, dos años antes de lo previsto.


Clonación del primer mamífero (1997)
La oveja Dolly, que vivió del 5 de junio de 1996 al 2 de enero de 2003, fue el primer mamífero clonado a partir de una célula adulta. Sus creadores fueron Ian Wilmut y Keith Campbell, científicos del Instituto Roslin de Edimburgo (Escocia). 

Dolly fue una oveja resultado de una transferencia nuclear desde una célula donante diferenciada (de glándula mamaria) a un óvulo no fecundado y anucleado. Cinco meses después nacía Dolly, la única cría resultante de 277 fusiones de óvulos anucleados con núcleos de células mamarias. 


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