El material genetico

Objetivo: Comprender que el ADN es el material genético que especifica las propiedades hereditarias de cada especie, su conservación y sus cambios evolutivos.

Regulación de la expresión genética

La molécula de ADN contiene toda la información necesaria para que la célula sintetice todos los tipos de proteínas que necesite durante su vida. Muchas de estas proteínas estarán siempre presentes, mientras que otras sólo se sintetizan en un determinado momento de la vida celular. Además, si nos referimos específicamente a los organismos eucariotas pluricelulares, vemos que sus células, en la mayoría de los casos, alcanzan un alto grado de diferenciación debido a que expresan selectivamente ciertos genes de proteínas específicas; pese a que todas las células contienen la información genética completa.

Cuando se analizó la composición química del cromosoma eucariota se encontró que estaba formado por ADN y proteínas en partes iguales. Se trató, entonces, de saber cuál de estas dos moléculas contenía la información genética. Las proteínas parecían ser los candidatos más adecuados para esta función, debido a su abundancia y diversidad de funciones en todas las células.
Algunos experimentos dieron la respuesta a este interrogante.

Experimento de Griffith (1928):

En 1928, un bacteriólogo británico llamado Frederick Griffith intentaba desarrollar una vacuna contra el neumococo, la bacteria causante de la neumonía.   Este investigador trabajó con dos cepas para este propósito: una de las cepas forma colonias lisas y cada bacteria está encapsulada por una cubierta de naturaleza glucosídica (cepa S). La otra cepa forma colonias rugosas y las células carecen de cápsula envolvente (cepa R). La presencia o ausencia de cápsula es un rasgo hereditario.

 El factor de transformación.
Ya en esos años, entre los científicos estaban planteadas algunas preguntas: ¿qué sustancia era la encargada de transmitir ciertos caracteres? ¿Cuál era la composición química de los genes?

Lo más curioso en el trabajo de Griffith era el hecho de que las bacterias encapsuladas causaban la muerte a las ratas a las cuales se les inyectaba.  Las bacterias de tipo "sin cápsula" no les causaban daño.

Un resultado insólito se produjo cuando las ratas fueron inyectadas con una mezcla de neumococo sin cápsula y con neumococo encapsulados, estos últimos muertos por acción del calor.  Las ratas enfermaron y murieron, y lo más sorprendente de todo fue que de las ratas muertas se recuperaron bacterias vivas encapsuladas.
Griffith explicó el fenómeno de la "transformación bacteriana" afirmando que "algo" de las células encapsuladas muertas había convertido a las células inofensivas vivas, en células encapsuladas vivas; y este algo pasaba de generación en generación.

El material hereditario

Si bien al período entre 1900 y 1940 se lo consideraba la edad de oro de la genética, hasta ese momento, los científicos creían que el material hereditario eran las proteínas.

En 1952 Alfred D. Hershey y Martha Chase realizaron una serie de experimentos destinados a dilucidar si el ADN o las proteínas eran el material hereditario.
 
Trabajaron con bacteriófagos o fagos, que son virus que infectan bacterias. Debido a que los fagos están compuestos sólo por una cabeza proteica que guarda en su interior ADN, eran la herramienta ideal para resolver la naturaleza del material hereditario.

Se sabía que los bacteriófagos tenían una forma definida, y en particular, que estaban compuestos sólo por una envoltura proteíca y ADN.  Era conocido, además, el modo como los fagos invaden a las bacterias, adhiriéndose a la célula bacteriana y luego de alrededor de 25 minutos, la bacteria explota, liberando cientos de nuevos bacteriófagos.

Además, este equipo de investigadores tenía un dato muy interesante: conocía que el ADN contiene fósforo, mientras que las proteínas no lo tienen.  Por otra parte, las proteínas contienen azufre, en tanto que el ADN no.
Hershey y Chase "marcaron" a los virus con material radiactivo para seguir sus huellas. Los bacteriófagos cultivados en un medio con fósforo radiactivo, incorporaron el elemento radioactivo, exclusivamente en el ADN, porque sólo éste contiene átomos de fósforo.

Luego, cuando se permitió que bacteriófagos "radiactivos" infectaran a bacterias no radiactivas, éstas se hicieron radiactivas.  Dado que es el ADN la sustancia que penetra en la célula, es también el material genético.

a)  Luego de obtener los dos tipos de virus (unos con el ADN marcado con fósforo y otros con las proteínas marcadas con azufre) los científicos infectaron cultivos de bacterias con ambos tipos de fagos marcados.  Una vez infectadas  (b), las células se incubaron en un agitador (c) y luego fueron centrifugadas para separarlas de cualquier material viral que permaneciera fuera de las células (d).  Las dos muestras, la que contenía material extracelular y la que contenía material intracelular, se analizaron luego en busca de radioactividad.   Hershey y Chase encontraron que el ³⁵S había permanecido fuera de las células bacterianas, en las cubiertas virales vacías, y que el ³²P había entrado a las células, las había infectado y había causado la producción de nueva progenie viral.  Por consiguiente, se concluyó que el material genético del virus era el ADN y no la proteína.

El apoyo al papel del ADN como material genético procedió también de otros datos adicionales:

1)      Casi todas las células somáticas de cualquier especie dada contienen cantidades iguales de ADN y

2)      Las proporciones de bases nitrogenadas son las mismas en el ADN de todas las células de una especie dada, pero varían en diferentes especies.