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1 de Agosto de 2015
Reseña

ADN

Una desconocida preparación del camino.

THE MAN IN THE MONKEYNUT COAT, WILLIAM ASTBURY AND THE FORGOTTEN ROAD TO THE DOUBLE-HELIX
Por Kersten T. Hall. Oxford University Press, Oxford, 2014.

El hilo conductor de esta espléndida biografía se teje con la archiconocida confesión de Isaac Newton, en la que declaró que había logrado sus monumentales descubrimientos porque pudo ver más lejos al encaramarse a hombros de gigantes. (En realidad, la paternidad de la frase corresponde, según John de Salisbury, del siglo XII, a su maestro Bernardo de Chartres.) En el caso del libro de Kersten T. Hall, el tema es la paternidad del descubrimiento de James Watson y Francis Crick, en 1953, de la estructura en doble hélice de la molécula de ADN, uno de los hitos miliares de la historia de la ciencia. Esa configuración helicoidal transformó nuestro conocimiento de la forma en que opera la herencia y abrió la posibilidad de fabricar nuevos fármacos de importancia vital, como la insulina recombinante. La doble hélice se ha convertido en la imagen de nuestro tiempo. Sobre su hallazgo pareciera que todo estaba escrito con la publicación, en 1968, de The double helix por Watson.

Tuvo, sin embargo, sus preámbulos; los gigantes que prestaron sus hombros. Andando el tiempo se reconocería la determinante contribución de Rosalind Franklin, cuya famosa fotografía 51 mostraba el patrón de dispersión de rayosX producido por el ADN, la clave que permitió resolver su estructura. Ahora bien, Franklin se basaba también sobre el trabajo de otros. No fue la primera en recurrir a los rayos X para explorar la estructura del ADN. A su vez, ella se aupó a hombros de otro gigante, William T. Astbury.

Dos años antes del célebre descubrimiento de la estructura del ADN, Watson había asistido a una conferencia celebrada en Nápoles, donde Maurice Wilkin, del King’s College de Londres, mostró una serie de fotografías, obtenidas con su discípulo Raymond Gosling; recogían los motivos generados cuando las moléculas de ADN dispersaban haces de rayos X. Aquellas manchas, ordenadas, sobre las instantáneas constituían una prueba poderosa de que el ADN contenía regiones cristalinas; en otras palabras, encerraba una estructura regular iterativa. Tal regularidad convenció a Watson de que en el seno de esa estructura residía el secreto de la transmisión de la información genética. Aquel era su camino, pensó.

Y comenzó a trabajar en Cambridge con Francis Crick, construyendo con cartón y alambre modelos hipotéticos de una molécula de ADN. Para vencer dificultades iniciales invitaron a Cambridge a Wilkins y a la colega de este en sus tareas cristalográficas, Rosalind Franklin, quien les descubrió los errores de química general que habían cometido en su boceto. Lawrence Bragg, director del departamento, les impuso entonces que dejaran de lado su incursión en el ADN y volvieran a sus primeras tareas asignadas: Crick a la estructura de la hemoglobina y Watson a la de los virus.

Para mayor desazón, a finales de 1952 llegaron noticias de que Linus Pauling estaba preparando un artículo sobre la estructura del ADN. Pauling era considerado el mayor químico estructuralista de su tiempo; un año antes había superado al equipo de Bragg en la solución del plegamiento helicoidal de las proteínas. Pero cuando Watson obtuvo una copia del artículo de Pauling respiró aliviado. Aquello no podía funcionar. Era el momento de reanudar con Crick los trabajos sobre el ADN. Tomó el tren de Londres, para verse de nuevo con Wilkins y Franklin.

A sus treinta años, Franklin se había hecho un nombre en cristalografía de rayos X, técnica que permite deducir la estructura de las molécula a partir de la dispersión de los rayos X. En razón de su forma particular y repetición de la disposición en el espacio, las moléculas dispersaban o difractaban de una manera u otra los rayos X, que podían registrarse en diversos patrones de manchas negras sobre una película. Mediante un análisis cuidadoso y la aplicación de determinados métodos matemáticos, se infería la forma física de la molécula a partir de las manchas. Tras pasar varios años investigando en París esta técnica aplicada a moléculas basadas en el carbono, Franklin llegó al King’s College.

A espaldas de Franklin, Wilkins le enseñó a Watson una sorprendente radiografía del ADN, la «foto 51», realizada por aquella. Al ver la cruz que perfila la foto, Watson pensó en una estructura helicoidal subyacente. La fotografía sirvió para confirmar el modelo en que había trabajado con Crick y convencer a Bragg de que les permitiera retomar sus trabajos sobre la estructura del ADN. Tardaron escasas semanas en terminar su modelo definitivo de ADN y remitieron su ahora famoso artículo a Nature. Nueve años más tarde, Crick, Watson y Wilkins recibieron el premio Nobel.

En el artículo de Nature hay una brevísima alusión a Franklin. Pero en los discursos de recepción del galardón, ni Watson ni Crick la mencionaron; algo más objetivo fue Wilkins. Watson cayó incluso en la crueldad de la vejación, negándole solvencia científica. No pudo percatarse, afirmaba Watson, del alcance de la fotografía, porque era obstinadamente contraria a la idea de hélice. Un juicio carente de fundamento, pues una de las grandes contribuciones de Franklin había sido demostrar que el ADN podía presentar dos conformaciones, según la humedad y el contenido hídrico. Con una humedad por debajo del 75 por ciento, la molécula adoptaba una configuración compacta, que Franklin denominaba «forma A»; con una humedad de entre el 75 y el 92 por ciento, la conformación era más fina y larga. Esta era la conformación que se suponía más verosímil en el ADN en un entorno celular originario; Franklin la denominó «forma B». Cada una de las formas producía un patrón de difracción de rayos X característico.

La mayor parte del trabajo de Franklin se desarrolló sobre la forma A, de la que no se infería una estructura helicoidal con claridad. Pero lejos de ser «obstinadamente contraria», su colega Aaron Klug descubrió un borrador de ensayo que había escrito poco antes del artículo de Watson y Crick, en el que declaraba su convencimiento de que el trabajo que estaba realizando sobre la forma B sí sugería una estructura helicoidal. ¿Por qué no dio el paso definitivo y posibilitó que se le adelantaran Watson y Crick? Según todos los indicios, estaba confirmando meticulosamente todas las posibilidades de la forma A, antes de reanudar el trabajo sobre la forma B.

Esa forma poderosa y enigmática de radiación (los rayos X) había sido descubierta en 1895 por Wilhelm Röntgen, en su laboratorio de Wurzburgo, mientras estudiaba los efectos del paso de la electricidad a través de un gas encerrado en una vasija a baja presión [véase «El descubrimiento de los rayos X», por Graham Farmelo; Investigación y Ciencia, enero de 1996]. Se trataba de una línea de investigación cuyo origen se remontaba a los experimentos de Michael Faraday de 1837. Años después, William Crookes descubrió que, cuando se aplicaba un alto voltaje a través de un gas confinado en un tubo a muy baja presión, el tubo emitía un resplandor misterioso; para su irritación, las placas fotográficas del laboratorio aparecían nubladas. Röntgen se encontró con el mismo fenómeno y lo atribuyó a la luz emitida por el tubo de descargas. Tapó con cartón negro la vasija de cristal. Para su sorpresa, las placas seguían nublándose y las pantallas cubiertas con platinoianuro de bario, un material fluorescente, comenzaron a brillar.

Röntgen llegó a la conclusión de que el tubo de descargas no solo emitía luz visible, sino también otra forma de radiación todavía sin identificar, que, a diferencia de la luz, podía atravesar un cartón negro. En honor de su descubridor, la nueva radiación se llamó radiación Röntgen. Pero en algunos lugares comenzó a denominarse rayos X, por su naturaleza desconocida. Muy pronto comenzaron a aparecer trabajos sobre sus aplicaciones: descubrimiento de cálculos renales, lesiones óseas y articulaciones reumáticas.

El gran salto hacia delante lo dieron William Bragg y su hijo Lawrence [véase «El nacimiento de la cristalografía de rayos X», por John Meurig Thomas; Investigación y Ciencia, junio de 2013]. En 1904 inició el primero su investigación sobre la emisión radiactiva de los rayos alfa. Estudió el papel penetrante de esas partículas emitidas por núcleos inestables del elemento radio. Le intrigaba la capacidad de las partículas alfa para arrancar electrones de los átomos de gas, dejándolo ionizado. Los rayos X compartían esa propiedad, lo que constituía, en su opinión, una prueba convincente de que se trataba de un chorro de partículas, no de ondas electromagnéticas. Pero los físicos andaban divididos sobre la cuestión. Charles Glover Barkla les asignaba una naturaleza ondulatoria.

En 1909 Bragg se hizo cargo de la cátedra Cavendish de física de la Universidad de Leeds, célebre por su industria textil basada en el procesamiento de la lana. Se había convertido, además, en centro importante del desarrollo de la fotografía. Su hijo Lawrence, que se había formado en matemática y física en Cambridge, obtuvo una ecuación sencilla, que lleva su nombre y que relacionaba la disposición espacial de los átomos en un cristal, el ángulo del haz de rayos X dispersado y la longitud de onda de los rayos X. Bragg padre desarrolló el instrumental necesario para someter a contrastación las ideas de Lawrence. Publicaron el primer trabajo conjunto en 1913, titulado «The reflection of X-rays by cristals», aparecido en Proceedings of the Royal Society of London, artículo que establecía los principios básicos de una nueva técnica, la «cristalografía de rayos X».

Astbury formó parte del grupo de cristalógrafos de rayos X reunidos en torno a William Bragg en la Institución Real en los años veinte. Entre los muchos jóvenes que conformaron el equipo inicial de Bragg, que abrirían nuevos campos a la cristalografía de rayos X, estaba Kathleen Yardley, con quien Astbury realizó los primeros trabajos. Juntos publicaron en 1924, en Philosophical Transactions of the Royal Society, un estudio denso: «Tabulated X-ray data for the examination of the 230 space-groups by homogeneous X-ray analysis», que transformaron luego en la International tables for crystallography, de uso vigente. La edición de esas tablas constituyó un hito en el desarrollo de la teoría de la estructura cristalina.

En mayo de 1928, el profesor Alfred F. Barker le escribió a William Bragg si conocía a alguien idóneo para el puesto recién creado de física textil en la Universidad de Leeds. Bragg le contestó que tenía a la persona ideal para el trabajo: «[Astbury] es un científico brillante... tenaz y perseverante, dotado de imaginación y espíritu investigador». El cargo comportaba aplicar la técnica de rayos X a las fibras de lana. Allí permaneció hasta su muerte, en 1961. Tras hablar con J.B.Speakman, que trabajaba sobre propiedades químicas de la lana, se determinó que todo lo relacionado con la física de la lana quedara reservado a Astbury.

En esas fechas solo se sabía que algunas prendas estaban tejidas en lana y que la lana, a su vez, se componía de un «coloide anfotérico» denominado queratina, una proteína carente de interés. Pero los escritos de Astbury que resumían sus trabajos en una serie de artículos de 1930 a 1935 llamaron la atención de la comunidad científica porque aportaban respuestas a una cuestión que había desconcertado a los bioquímicos durante muchos años. Se trataba de dilucidar la estructura y composición molecular de las proteínas. Unas, así la queratina, cumplían una función meramente estructural; otras, como las enzimas, eran auténticas máquinas; otras intervenían en el transporte de nutrientes esenciales, etcétera.

De los cinco ensayos publicados en ese período había uno cuya importancia trascendía el ámbito de los telares: las fibras de queratina lanar, extendidas y sin extender, daban origen a dos patrones de difracción de rayos X. Con ello no solo se indicaba la naturaleza de la proteína, sino también su forma posible de operación. Del patrón mostrado por la queratina sin extender, Astbury calculó que la cadena de aminoácidos se plegaba de una manera compacta; la llamó forma alfa. Cuando la lana se extendía hasta un 90 por ciento, se modificaba, de una manera sutil aunque significativa, el patrón producido por los rayos X, de donde se infería que la cadena había cambiado su configuración. Era la forma beta. Las mediciones de las dimensiones de la cadena proteínica de la queratina realizadas por Astbury resultaron de enorme utilidad para Linus Pauling.

Astbury introdujo el uso de rayos X para sondear la estructura de macromoléculas biológicas y realizó los primeros trabajos de esa índole sobre ADN ya en 1937. Alcanzó la cima de esa línea de investigación en 1951: su equipo obtuvo una serie preciosa de fotografías de difracción de rayos X de ADN que mostraban exactamente el mismo patrón cruciforme que, dos años más tarde, sería un hito de la historia de la ciencia. Fue un inmenso error no percatarse de lo que tenía ante sus ojos. Que Astbury no viera nada singular en esa fotografía pudiera parecer una pifia garrafal. Pero ese juicio resulta apresurado. Su legado se extendió más allá del ADN. Convencido de que los métodos y las técnicas de la física arrojarían luz sobre nuestro conocimiento de la biología, ayudó a fundar una ciencia enteramente nueva, la biología molecular, en cuya entraña está la descripción de los sistemas vivos en términos de sus formas y estructuras macromoleculares componentes. Astbury mostró que la forma de las moléculas biológicas podían alterarse deliberadamente, idea que cobró expresión plástica en su gabán (de ahí el título del libro), fabricado con proteínas de cacahuete intencionadamente manipuladas para crear una nueva fibra textil, el Ardil.

Para Astbury, la difracción de los rayos X constituía la herramienta ideal para obtener pruebas experimentales de que determinadas propiedades físicas de una molécula emergían de las divergencias presentadas en la configuración espacial de sus átomos, o estereoisomerismo. Se manifestaba convencido de que las propiedades físicas de sustancias biológicas obedecían a las diferencias producidas en la forma tridimensional de sus moléculas componentes y el modo en que esas formas cambiaban.

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