Rubén Megía González, Sofía Álvarez Ríos
El 25 de abril de 1953 los biólogos James Dewey Watson y Francis Harry Compton Crick publicaron el modelo de doble hélice del ADN, basado en los estudios citogenéticos y de cristalografía de la química británica Rosalind Franklin. Por ese motivo el día 25 de abril se celebra en todo el mundo el día del ADN.
Desde Genotipia queremos celebrar este Día del ADN por todo lo alto, ya que, además, coincide con nuestro aniversario como plataforma de divulgación y formación. Por eso, hemos preparado este post especial, que resume los acontecimientos más importantes para la genética humana desde los trabajos de Mendel hasta nuestros días. ¿Te gusta la idea? ¡Continúa leyendo!
Esta historia comienza en 1865, con la publicación de los trabajos sobre la herencia simple por parte del fraile Gregor Johann Mendel. En ese entonces, no se conocía el ADN y muchísimo menos los mecanismos detrás de la herencia de los caracteres. Aún así, Mendel fue capaz de formular las leyes de la herencia simple. ¡Menudo crack!
En 1869, el médico y biólogo suizo Johan Friedrich Miescher detectó la presencia de un precipitado desconocido hasta el momento durante sus experimentos sobre la composición química de los leucocitos o glóbulos blancos presentes en vendas quirúrgicas. A este compuesto rico en fósforo y nitrógeno, Meischer lo denominó nucleína, dada su localización celular. El discípulo de Miescher, Richard Altmann, acuñó el término Ácido nucleico para referirse a estos precipitados.
31 años más tarde, en 1900, los botánicos Hugo Marie de Vries, Carl Correns y Erich Tschermak von Seysenegg redescubrieron los trabajos de Mendel que, hasta ese momento, habían pasado desapercibidos por la comunidad científica. En esta época el biólogo británico William Bateson acuñó por primera vez el término “genética”, para hacer referencia al estudio de la transmisión de los caracteres hereditarios.
Poco tiempo después, en 1902, el médico inglés Sir Archibald Edward Garrod describió la alcaptonuria como una enfermedad genética recesiva. Esta fue la primera vez que se determinó la herencia genética de una enfermedad. Unos años más tarde, en 1910, el genetista estadounidense Thomas Hunt Morgan demostró que los genes (término acuñado por el botánico danés Wilhelm Johannsen un año antes) se encuentran en los cromosomas.
La Era del ADN
75 años después del descubrimiento del ADN, todavía no estaba del todo claro para qué servía esta molécula. Hasta que en 1944, Oswald Theodore Avery, Colin McLeod y Maclyn McCarty demostraron que el ADN es el material genético. ¡Todo un acontecimiento!
Unos años después de los trabajos de Avery, McLeod y McCarty, en 1952, James Watson, Rosalind Franlin y Francis Crick descubrieron la estructura helicoidal del ADN. Su trabajo se convirtió en todo un hito en la historia de la genética y dieron paso a múltiples investigaciones alrededor de la “molécula de la vida”. Poco después, Crick enunció el dogma central de la biología molecular.
Los años 50 trajeron otros importantes avances en el campo de la genética. En 1956, Joe Hin Tjio y Albert Levan establecieron que, en la especie humana, el número de cromosomas es 46. Dos años más tarde, el experimento de los biólogos estadounidenses Matthew Meselson y Franklin Stahl demostró que la replicación del ADN es replicación semiconservativa. Esto quiere decir que, en cada ciclo de replicación, cada hélice de ADN formada mantiene una cadena de la hélice original.
Junto al movimiento hippie y los pantalones de campana, en los años 60 llegaron nuevos descubrimientos. Varios científicos, entre los que se encuentran Severo Ochoa, Marshall Warren Nirenberg y Har Gobind Khorana, determinaron el código genético, es decir, las reglas que utilizan los ribosomas para traducir el ARN mensajero a proteínas.
La Era de la Genómica
A principios de los años 70, ya se conocían bastantes cosas acerca del ADN, desde dónde se encuentra en la célula hasta su estructura y composición bioquímica. Sin embargo todavía no se conocía la secuencia exacta del genoma humano. De hecho, ni siquiera se había secuenciado ni un gen. Por suerte, en 1972, el biólogo belga Walter Fiers y su equipo consiguieron obtener por primera vez la secuencia de un gen completo. Concretamente, un gen que codifica para una proteína de la cubierta del bacteriófago MS2. En 1976, el mismo equipo secuenció el ADN de todo el genoma del bacteriófago MS2.
En 1975 el bioquímico inglés Frederick Sanger desarrolló un método de secuenciación bastante más sencillo que los métodos que se utilizaban en ese entonces. Esta útil herramienta, conocida como “método de Sanger” o “método de secuenciación por didesoxinucleótidos”, facilitó muchísimo la secuenciación de ADN, dando paso a nuevas investigaciones. El mismo Sanger utilizó este método dos años después para secuenciar el genoma completo del bacteriófago Φ-X174.
Llegaron los 80’s y, con ellos, la música disco, con sus bailables y pegadizos ritmos. ¡Y también la PCR! En 1983 el bioquímico Kary Banks Mullis desarrolló la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), que permite conseguir una gran cantidad de copias de un fragmento de ADN, partiendo de una cantidad ínfima de esta biomolécula.
A principios de los años 90 se concretó públicamente el Proyecto Genoma Humano, con el genetista Francis Collins (actualmente el máximo responsable del National Institute of Health) como director. En esta época, secuenciar el genoma de una especie y, en concreto, de la especie humana suponía un desafío importante. Imagina si, además, le sumas el mapeo de todos los genes que se disponen en él. En el Proyecto Genoma Humano no se buscaba únicamente conocer la secuencia del ADN humano, sino descifrar todos sus misterios, es decir, conocer todos los genes humanos, localizarlos en el genoma y descubrir el porcentaje de ADN codificante que tenemos, entre otras cosas.
En 1993, la genetista estadounidense Nancy Wexler y su equipo, consiguen identificar el gen responsable de la Enfermedad de Huntington, una enfermedad neurodegenerativa. Ella misma había descubierto un marcador de ADN en sangre para esta enfermedad en 1983.
Poco después del comienzo del Proyecto Genoma Humano, en 1995, el biólogo estadounidense Craig Venter y su equipo lograron descifrar, por primera vez, el genoma completo de un organismo. El genoma secuenciado fue el de la bacteria Haemophilus influenzae. Solo un año después, un equipo de investigadores del Instituto Roslin de Edimburgo clonó, por primera vez, un mamífero a partir de una célula adulta El nacimiento de la oveja Dolly, el primer mamífero clonado, fue anunciado 7 meses después, el 22 de febrero de 1997.
Llegó el Siglo XXI y, con él, los resultados finales del Proyecto Genoma Humano. En esta edición final, se recogen los datos de los aproximadamente 3000 millones de pares de bases que tiene nuestro genoma, así como de 3 millones de variantes genéticas SNP (del inglés single nucleotide polymorphisms, polimorfismos de un solo nucleótido). ¡Y unos años antes de lo previsto!
Poco después de la edición final del Proyecto Genoma Humano, entre los años 2004 y 2005 se comenzaron a comercializar las primeras tecnologías de Secuenciación de Nueva Generación (NGS). Esto redujo el coste de la secuenciación hasta 6 veces, en comparación con las tecnologías de secuenciación anteriores. Tras la comercialización de las NGS, diferentes empresas fueron mejorando las técnicas de secuenciación masiva, lo que abarató el coste y optimizó su efectividad.
Los primeros 10 años del siglo XXI fueron realmente prolíficos. En 2006, el Instituto Nacional del Cáncer (NCI) y el Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano (NHGRI) comenzaron el Proyecto Atlas del Genoma del Cáncer, una investigación que involucró a más de 11.000 pacientes oncológicos con 33 tipos de tumores diferentes. Otro proyecto que se puso en marcha en esta época fue el proyecto GTEx, una iniciativa creada para estudiar cómo influye la variación genética en la expresión de los genes en diferentes tejidos y células del cuerpo humano.
En el año 2012, se desarrolla el sistema CRISPR-Cas9 de edición genómica, basado en mecanismos de defensa bacterianos. Los equipos de Yoshizumi Ishino (1987) y Francis Mójica (1993) ya habían descrito anteriormente este sistema. No obstante, su aplicación junto a Cas9 fue descrita por Jennifer Doudna y Emmanuelle Charpentier en 2012. Este mismo sistema se ha estado utilizando desde entonces para desarrollar terapias génicas contra diferentes enfermedades genéticas.
En 2017 se comercializó por primera vez una terapia génica en Estados Unidos. Esta terapia génica es capaz de modificar los glóbulos blancos del paciente para tratar la leucemia.
Pero la historia no acaba aquí. Recientemente la Agencia Europea del Medicamento y la FDA han aprobado las primeras vacunas de ARN para combatir la pandemia de la COVID19. La aprobación y utilización de estas vacunas abre las puertas a un montón de posibilidades para muchas otras enfermedades infecciosas.
