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  • Junio 2015Nº 465
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Reseña

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Sanger

Nóbel por la secuencia de proteínas, nóbel por la secuencia nucleotídica.

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FRED SANGER, DOUBLE NOBEL LAUREATE. A BIOGRAPHY
Por George G. Brownlee. Cambridge University Press, Cambridge, 2014.

Frederic Sanger nació el 13 de agosto de 1918 en Rendcombe, Gloucestershire. Su padre era médico, profesión que desempeñó en el servicio de una misión anglicana en China, donde fundó además una escuela para niños pobres, hasta que volvió a Inglaterra por enfermedad. Más tarde se hizo cuáquero, confesión en que creció Sanger, cuya madre pertenecía a una acaudalada familia de la industria del algodón.

A los nueve años, en 1927, entró en la Escuela privada Downs (Malvern), dirigida por cuáqueros. De allí pasó, en 1932, a la Escuela Bryanston (Dorset), donde seguían el sistema Dalton y se respiraba una atmósfera más liberal. Con un buen expediente académico fue admitido, en 1936, en el Colegio St. John's de Cambridge para cursar la carrera de ciencias naturales. El plan de estudios comprendía la enseñanza de física, química, bioquímica y matemática. Le costaron en un comienzo física y matemática. Pasado el ecuador de la carrera, se centró en la bioquímica en el departamento de Gowland Hopkins, quien había reunido un plantel de científicos tan competentes como polémicos: J. B. S. Haldane, Malcolm Dixon, Bill Pirie, Joseph Needham y Ernest Baldwin.

Fiel a su formación cuáquera, militó por entonces en movimientos pacifistas. Fue declarado objetor de conciencia y exento del servicio de armas durante la Segunda Guerra Mundial. En 1940 comenzó el doctorado, bajo la tutoría de N. W. Pirie. Optó por investigar sobre la posibilidad de proteínas vegetales, tema que abandonó pronto, al dejar Pirie el departamento. Con Albert Neuberger por nuevo director de tesis, Sanger abordó el estudio del metabolismo de la lisina en los animales, tesis que en 1943 le valió el título de doctor. Tres años antes había contraído matrimonio con Joan Howe.

Se incardinó de inmediato en el grupo de Charles Chibnall, químico experto en proteínas, que acababa de ocupar la cátedra del departamento de bioquímica. En 1943, los principios de la química de proteínas estaban firmemente establecidos. Se sabía que todas las proteínas se construían a partir de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos para formar largas cadenas. Pero se ignoraba de qué forma se disponían los aminoácidos. En la mayoría de las proteínas de mamíferos hay veinte aminoácidos diferentes. Por procedimientos analíticos se podía afirmar cuántos residuos de cada uno había en una proteína determinada. Pero nada se sabía del orden en que tales restos se disponían. Ese orden importaba, pues, aunque todas las proteínas contenían aproximadamente los mismos aminoácidos, divergían en sus propiedades físicas y biológicas.

La teoría más ampliamente debatida era la de Max Bergmann y Carl G. Niemann, quienes sugerían que los aminoácidos se disponían de forma periódica: los residuos de un tipo de aminoácido se presentaban a intervalos regulares a lo largo de la cadena. En el otro extremo estaban los que sugerían que una proteína pura no era una entidad química individual, sino que constaba de una mezcla aleatoria de individuos parecidos.

Si Neuberger le enseñó a investigar, Chibnall le despertó el interés por las proteínas. Chibnall, que había realizado ya algún trabajo sobre la composición aminoacídica de la insulina bovina, le sugirió a Sanger que empezara por grupos de aminoácidos de esta proteína. Se sabía que poseía una constitución bastante sencilla y que carecía de dos de los aminoácidos más comunes: triptófano y metionina. El grupo de Chibnall había estudiado la composición aminoacídica de la insulina bovina. Chibnall animó a Sanger a estudiar los grupos terminales de la molécula porque había descubierto que esta abundaba en grupos terminales
α-amino libres, lo que indicaba la presencia de grupos α-amino libres en el extremo de cadenas cortas. (La insulina era una proteína de gran interés médico debido al descubrimiento de Banting y Best, a comienzos de los años veinte, de que valía para tratar la diabetes, una enfermedad letal en aquel momento.)

A Sanger, hijo de médico, le atrajo la idea. En ese tiempo, el peso molecular de la insulina estaba sobreestimado; creíase que constaba de cuatro cadenas. Había muchos puntos oscuros, faltaba metodología y no pocos científicos habían abandonado, convencidos de la imposibilidad de establecer la secuencia de la molécula. Pero eso no arredró a Sanger, quien dedicó una docena de años, de 1944 a 1955. Su tenacidad se vio coronada con el éxito y al fin secuenció los 51 aminoácidos de las dos cadenas de insulina, A y B, por métodos ideados por él mismo.

¿Había un patrón regular de aminoácidos? ¿Formaban las secuencias un anillo? ¿O creaban una secuencia lineal con un extremo N-terminal y un extremo C-terminal separados? Sanger demostraría, con la insulina, que las proteínas tenían una estructura específica, una composición química definida. Para lograrlo, se sirvió del «reactivo de Sanger»: el fluorodinitrobenceno (FDNB), un derivado amarillento del benceno, reacciona con los grupos amino expuestos de la proteína y, en particular, con el grupo amino N-terminal de un extremo de la cadena. (La coloración facilitó la identificación de los 16 DNB-aminoácidos de insulina.)

Empezó añadiendo a una solución de insulina la enzima tripsina (que degrada la proteína). Los péptidos se fraccionaban sobre una hoja de papel vegetal: primero por electroforesis en una dirección, y luego, por cromatografía, en la otra dirección perpendicular. Según la solubilidad y la carga eléctrica, los fragmentos de insulina, detectados con ninhidrina, se trasladaron a posiciones distintas del papel, creando un patrón característico, que Sanger denominó «huellas dactilares» porque permiten identificar cada proteína. Al reagrupar los fragmentos, determinó la secuencia aminoacídica de las dos cadenas de la insulina. Ese trabajo le valió el nóbel de química en 1958.

El trabajo de Sanger estimuló la investigación sobre otras proteínas, que no tardaron en secuenciarse. El modelo resultó determinante para la hipótesis secuencial posterior de Crick sobre la codificación de las proteínas por el ADN.

Desde 1951, Sanger era miembro externo del Consejo de Investigación Médica, a cuyo laboratorio de biología molecular se trasladó en 1962. Fue designado jefe de la división de química de proteínas. Describió el decenio transcurrido entre 1955 y 1964 como los años de vacas flacas, por sus escasas publicaciones en ese intervalo. Fue un período de transición en el que anduvo ensayando con nuevas ideas sobre la secuenciación de proteínas.

Al poco de la descripción de Sanger de la secuencia de la insulina en 1955, Vernon Ingram demostró que una mutación en un gen causaba un cambio en la secuencia de la proteína. Ese descubrimiento surgió en el marco de la investigación sobre moléculas de hemoglobina anómala que causaban la anemia falciforme. Aplicando el método de Sanger, Ingram observó que resultaba un tipo particular anómalo de hemoglobina a partir de la sustitución de un ácido glutámico por valina. No cabía duda de que el ADN cifraba la secuencia de aminoácidos de la proteína.

Sanger empezó a considerar la posibilidad de secuenciar las moléculas de ARN. Empezó por el ARN, y no por el ADN, porque los únicos ácidos nucleicos cortos disponibles eran los de ARN. El trabajo con ADN se hallaba lejos del alcance de los investigadores a comienzos de los años sesenta. El cambio de proteínas a ARN era natural. Antes del descubrimiento de los ARN de transferencia (ARNt) no parecía que hubiera forma de trabajar en ácidos nucleicos. El ARNt era bastante corto (unos 80 nucleótidos), abordable para una futura secuenciación, aunque planteaba la dificultad de presentarse como una mezcla de una veintena de moléculas estrechamente relacionadas. Iba a costar purificarlo. Sanger no terminó la secuencia de un ARNt, el de la fenilalanina, hasta 1969.

Tras su investigación con el ARN, en cuya virtud la información génica se traduce en secuencia proteínica, se decidió a dar el gran salto: secuenciar los propios genes. Desarrolló un método que se apoyaba en enzimas para copiar fragmentos de ADN. Se prepararon cuatro reacciones, cada una alimentada por los cuatro nucleótidos (A, T, C y G), marcada una de ellas con átomos radiactivos. Cada reacción contenía una versión modificada de las bases A, T, C o G. Ahora bien, esos «terminales de cadena» no permitían el crecimiento de la hebra de ADN, una vez se habían ellos incorporado. Se iban separando las copias interrumpidas de acuerdo con su tamaño en geles por una corriente eléctrica inducida y se dejaban expuestos en una película fotográfica. Las bandas oscuras generadas revelaban la longitud de la copia de ADN; permitía que la secuencia se leyera sin dificultad. Mediante la combinación de fragmentos de ADN se infería la secuencia del ADN mayor.

Como recordaba su colaborador y nóbel John Walker, la robustez del método de Sanger quedó demostrada en la secuencia de genomas de tamaño creciente, desde un simple virus bacteriano (5386 nucleótidos) en 1997 hasta el genoma del bacteriófago lambda (48.502 nucleótidos) en 1982. Asimismo, permitió identificar mutaciones causantes de enfermedades. Y revolucionó nuestra capacidad de entender y diagnosticar una patología. Condujo así a una nueva era de la medicina genética. Por su método para determinar la secuencia de los ácidos nucleicos recibió un segundo premio Nobel de química en 1980, concedido a Paulo Berg y a Sanger a medias con Walter Gilbert. Este trabajo fue base fundamental para empresas tan ambiciosas como el Proyecto Genoma Humano. Murió el 19 de noviembre de 2013, en Cambridge.

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