En la comunidad científica moderna, existen varias teorías sobre el método de transmisión de información de padres a descendientes: de grupos de supermentes de tipo onda a futuristas. Sin embargo, el hecho de que sean las moléculas de ADN las bases materiales para la continuidad de los organismos no causa controversia. El propósito de este artículo es comprender cómo se ha formado evidencia en la comunidad científica sobre el papel genético del ADN y cuáles son.
Un poco de teoría para los no biólogos.
Para comprender el tema y la esencia misma de la prueba del papel del ADN en la herencia, recordamos solo algunos conceptos y términos generales utilizados en el texto. Los biólogos moleculares y otros biólogos profesionales pueden no leer esta parte; los conceptos se dan en una versión simplificada para la parte interesada de los lectores. Aunque la especialización moderna en biología hoy ha crecido tanto que un ambientalista profesional no siempre logrará comprender la esencia de los mecanismos evolutivos, y los botánicos no entienden sin ambigüedades los detalles del desarrollo de un embrión de rana. Entonces, estos son los términos:
- El ADN (ácido desoxirribonucleico) y el ARN (ácido ribonucleico) son moléculas largas y grandes que consisten en monómeros, nucleótidos.
- El ADN y el ARN se llaman ácidos nucleicos.
- El ADN y el ARN están formados por solo cuatro nucleótidos (tres idénticos, uno diferente en ADN y ARN): los nucleótidos son universales para todos los seres vivos del planeta. Estos son compuestos orgánicos complejos de una base nitrogenada, un residuo de carbohidrato y ácido fosfórico. Se llaman adeína, guanina, timina y citosina (uracilo).
- Los nucleótidos forman tripletes: codifican un aminoácido de cada veinte.
- Los tripletes forman cadenas en la composición de ácidos nucleicos, que corresponde a una cadena de aminoácidos o una proteína específica. Las proteínas son la base de la vida en el planeta, son específicas y únicas.
- Un gen es una pieza de ácido nucleico que es responsable de una proteína.
- Genoma: la totalidad de todo el material genético del cuerpo.
Un poco de historia
El biólogo suizo F. Miescher en 1869 vio cadenas en los núcleos de las células de pus (leucocitos), que llamó ácidos nucleicos.
German A. Kassel como bioquímico calculó su composición: azúcar, ácido fosfórico y cinco variedades de bases nitrogenadas. En 1891 demostró que hay dos ácidos nucleicos: ADN y ARN. En el período desde estos descubrimientos hasta 1953, se realizaron estudios sobre la composición química y la organización estructural de los ácidos nucleicos. Los apellidos famosos de este período son F. Leuven, A. Todd, E. Chargaff. Los experimentos iniciados por F. Griffith (1928) y continuados por O. Avery, C. MacLeod y M. McCarthy (1944), proporcionaron evidencia del papel del ADN en la transferencia de información genética, más sobre eso más adelante. En 1953, los estadounidenses J. Watson y F. Crick propusieron un modelo de la estructura del ADN en forma de una hélice de doble torsión, que incluso un colegial conocía. ¡Eso es, nació la biología molecular!
De la proteína al ADN
En ese momento, los ácidos nucleicos parecían material extraño en el núcleo de una célula. Por lo que se necesitan estas formaciones, no lo sabían, y menos aún no buscaron evidencia del papel genético de los ácidos nucleicos. Ya se han descubierto proteínas que consisten en aminoácidos y que tienen una estructura química más compleja. Fueron las proteínas las que se consideraron portadoras de información hereditaria.
El material que contiene información hereditaria fue el primero en dudar del bacteriólogo inglés F. Griffith en 1928. Y aunque no pudo proporcionar evidencia convincente del papel genético del ADN, sus experimentos merecen atención.
Cepas neumocócicas de Griffith
Frederick Griffith, un bacteriólogo de Inglaterra, infectó a ratones con virus Pneutnococcus pneumoniae, que causaron neumonía en ellos, y los animales murieron. Los neumococos existen en dos formas: infecciosos (virulentos) y no infecciosos (avirulentos). Estas formas son fáciles de distinguir. El neumococo virulento tiene una cápsula de mucopolisacárido que protege la célula. Las cápsulas avirulentas no tienen ni pueden defenderse contra las células inmunes de los ratones; por lo tanto, los ratones no desarrollan neumonía. El postulado de ese tiempo: el neumococo virulento calentado se vuelve avirulento. Un biólogo infecta a los ratones con una mezcla de una cepa virulenta calentada y viva avirulenta (sin cápsula). Los ratones se están muriendo. En sus cuerpos, el científico descubre neumococos vivos con una cápsula. Conclusión de Griffith: desde neumococos virulentos muertos hasta formas vivas, pero sin cápsulas, se transmite algo (un "agente transformador") que "transforma" las formas avirulentas en virulentas con un atributo fijo como hereditario (los neumococos se multiplican rápidamente: los que encontró en los cadáveres). ratones: la centésima generación de la primera). Y dado que los virus no tienen nada en la estructura, excepto los ácidos nucleicos (ADN y ARN), en realidad es F. Griffith quien posee la primera evidencia del papel genético del ADN y el ARN, aunque los llamó el "agente transformador". Recordemos que esto sucedió en 1928.
Evidencia experimental del papel del ADN en la transferencia de información.
Casi lo mismo que hizo Griffith, solo sin ratones pobres, fue hecho en 1944 por O. T. Avery, K. M. MacLeod y M. McCarthy. En el Instituto Rockefeller de Investigación Médica en Nueva York, obtuvieron in vitro (in vitro) un agente transformante Griffith puro de formas virulentas muertas y lo mezclaron, nuevamente in vitro, con formas avirulentas. Patógenos encapsulados recibidos. Y luego estudiamos la composición de este mismo agente. Al principio, demostraron que no era proteína, y que en sí misma ya era una innovación. Bueno, entonces llegaron a la conclusión de que este agente es el ácido nucleico. Estos experimentos estadounidenses son evidencia directa del papel genético del ADN en la transmisión de información hereditaria. Pero no son los únicos que la ciencia considera clásicos.
El segundo de la evidencia clásica del papel genético del ADN.
Lo primero que ya hemos descrito: estos son los experimentos de Avery - MacLeod - M. McCarthy.
Clásicos de la biología: dos experimentos más como evidencia directa del papel genético del ADN. La descripción se reduce al punto.
El genetista estadounidense Alfred Hershey recibió el Premio Nobel (1969) por estos experimentos. Una interesante serie de experimentos de Hershey y Martha Chase, realizados en 1952 en la Universidad de Washington en St. Louis con bacterias y bacteriófagos marcados con fósforo y azufre radiactivos. Sus hallazgos de que es el ADN bacteriófago el que penetra en las bacterias y da lugar a nuevos bacteriófagos es una prueba clásica del papel genético del ADN.
Tercera experiencia
El bioquímico germano-estadounidense Heinz Ludwig Frenkel-Konrat recibió el Premio Lasker (1958) por su investigación. En la Universidad de California en 1957, realizó experimentos con el virus del mosaico del tabaco. Su esquema es similar a los Griffith. Su logro es que demostró la participación del ARN en la transmisión de información hereditaria.
Interesante evidencia moderna
La biología molecular y la genética modernas nos brindan constantemente nuevas pruebas del papel genético del ADN. A continuación se presentan algunos hechos muy interesantes, inesperados e impresionantes de los estudios de la ciencia moderna, que de una forma u otra demuestran el papel del ADN en la formación de un organismo.
En 2007, los científicos pudieron aislar una porción del ADN de los anfibios, que es responsable de la formación del ojo. Hoy ya hay salamandras con ojos en los pies y la cola.
En el genoma de las cabras, los científicos han implantado el gen de la araña responsable de la proteína de la red, como resultado de esta proteína que apareció en la leche de las cabras. Después del procesamiento especial y la extracción de proteínas de la leche, se forma la seda de araña.
Los holandeses criaron vacas con el gen humano responsable de una proteína láctea específica de las mujeres: la lactoferrina. Esta proteína juega un papel importante en la inmunidad primaria de los bebés. Las pruebas de la leche de vaca continúan, pero las perspectivas para su uso en medicina son impresionantes.
Complementando el gen del embrión de lechón con el gen de proteína fluorescente de medusa, los científicos chinos han cultivado dos lechones con luz verde.
En 2008, el mundo difundió la noticia del nacimiento de un niño con un genoma modificado artificialmente. Esto sucedió en Londres, donde una mujer aceptó un experimento debido a las anormalidades genéticas descubiertas en el genoma del embrión.
Existen quimeras humanas. En una prueba de ADN de paternidad en 2002, una prueba mostró que la estadounidense Lydia Fairchild no es la madre de su hijo por nacer. Los estudios se repitieron, pero el análisis mostró los mismos resultados. Resultó que el cuerpo de Lydia se desarrolló a partir de dos óvulos, fertilizados por diferentes espermatozoides y fusionados en las primeras etapas de la ontogénesis. Por lo tanto, su cuerpo consiste en tejidos y células con un conjunto diferente de cromosomas.
Todos conocen las pruebas de ADN para la paternidad o en la práctica judicial. Pero las pruebas de ADN también se utilizan para verificar la autenticidad de los productos. Por ejemplo, puede establecer un lugar de reunión para caviar o uvas para vino fino.
Hay 4 familias en el mundo cuyos miembros no tienen huellas digitales. Adermatoglyphia es causada por una mutación rara de un solo gen.
La alternancia del sueño y la vigilia en humanos controla el gen hDEC2; su mutación reduce la necesidad de dormir a 4 horas.
La criogenética ha tenido éxito en la clonación de un ratón que ha estado congelado durante 16 años. Los científicos no han aprendido a revivir a los "exploradores polares", pero puedes clonarlos.
Y un poco sobre la molécula más singular.
- 10 mil millones de kilómetros, desde la Tierra hasta Plutón y viceversa: esta es la longitud del ADN humano, si se descompone.
- Es posible imprimir todo el genoma humano a una velocidad de 8 caracteres por segundo, trabajando 8 horas al día, durante 50 años.
- Toda la información del mundo que se almacena en formato digital puede caber en dos gramos de ADN.
- En el disco duro "inmortal" almacenado en la estación espacial, en caso de desastre, se coloca el ADN de personas famosas, incluidos Stephen Hawking y Lance Armstrong.
- En cada célula de nuestro cuerpo, cada molécula de ADN sufre varios daños aproximadamente un millón de veces al día. Sin embargo, todavía estamos vivos, ¡oh, un milagro!
Para resumir
A pesar de los éxitos de la biología molecular y nuestro conocimiento del ADN, la humanidad aún no conoce las respuestas a muchas preguntas. Quién sabe qué descubrimientos nos esperan en el futuro, la humanidad se librará de las enfermedades hereditarias y el envejecimiento será derrotado ...