ADN, su pasado conflictivo y las investigaciones actuales

“Deseamos proponer una estructura para la sal del ácido desoxirribonucleico (ADN). Esta estructura muestra nuevas propiedades que son de un considerable interés biológico”. Así empezaba el artículo que justamente un día como hoy, un 25 de abril, pero del año 1953, los investigadores James Watson y Francis Crick publicaron en la revista Nature.

En ese mismo número, un par de páginas después del artículo de Watson y Crick, aparece un texto de Rosalind Franklin y su estudiante, Raymond Gosling, en el que describen la forma B del ADN y muestran la famosa fotografía 51, la cual es una imagen de difracción de rayos X tomada por Gosling, y es la evidencia experimental de que el ADN tiene la forma de una doble hélice.

Pero, ¿qué es esto de la forma B del ADN? Durante sus experimentos para elucidar la estructura del ADN, Rosalind Franklin encontró que había al menos dos conformaciones de esta molécula las cuales dependían de qué tan hidratada estuviera la muestra de ADN: a la muestra deshidratada le llamó forma A, mientras que a la hidratada la nombró forma B. Franklin se centró en estudiar esta última conformación ya que podía obtener difracciones de rayos X que le proporcionaban más datos y eran más sencillas de interpretar.

Franklin ignoraba dos cosas. La primera, que la conformación B era la que se presenta de manera común en los seres vivos. La segunda, que el jefe de su universidad había compartido su informe anual, con todos los datos recabados al respecto, con sus colegas y rivales Watson y Crick sin su consentimiento.

La evidencia experimental que arduamente habían obtenido Franklin y Gosling fue una pieza esencial para que Watson y Crick pudieran desarrollar su modelo de la doble hélice, y posteriormente ganar el Premio Nobel por su investigación. Este reconocimiento también fue otorgado a Maurice Wilkins por su participación en la investigación (justamente entre los artículos de Watson y Franklin se encuentra uno de Wilkins, describiendo su propia investigación sobre la estructura del ADN).

Franklin, quien murió cuatro años antes no fue galardonada, ya que las reglas de estos premios estipulan que no se le puede otorgar a alguien que ya haya fallecido; sin embargo, Franklin no fue mencionada en ningún momento durante la ceremonia, dejando en duda si hubiera sido premiada de encontrarse aún con vida.

Para celebrar las publicaciones de Watson, Crick, Franklin, Gosling y Wilkins en la revista Nature, y que 50 años después, también en abril, pero de 2003, se anunció que el proyecto del genoma humano estaba terminado, el Senado de Estados Unidos decidió nombrar el 25 de abril como el día del ADN. En principio sería una celebración única en 2003, pero rápidamente la comunidad científica internacional decidió adoptar la fecha para una conmemoración anual.

Lo que fascina a quienes estudiamos el ADN –en todas sus formas– no es solamente la estructura de la doble hélice. Si bien tiene una cierta belleza, puede llegar a ser demasiado repetitiva (incluso fue llamada una “molécula estúpida” por Max Delbrück debido a su obstinada constancia). Pero si nos fijamos en el centro de la doble hélice, ahí es donde la diversidad y la combinación única de nucleótidos de cada célula del planeta subyacen.

Y como el ADN se hereda, al estudiarlo podemos conocer de mejor manera no sólo la composición molecular de una célula o un organismo, sino también su pasado, tanto inmediato como remoto; saber dónde se originó y qué otras especies están emparentadas con sus poblaciones.

Punta de lanza

El primer genoma secuenciado en México fue el de la bacteria Rhizobium etli, que vive libremente en el suelo, pero es capaz de hacer simbiosis con las plantas leguminosas –como el frijol–. Durante esta simbiosis la bacteria se comunica con la planta y entra a su raíz, donde la planta genera un tejido especial llamado nódulo del cual el Rhizobium puede tomar el nitrógeno del aire y fijarlo en moléculas que la planta puede usar de manera sencilla para construir proteínas o incluso su mismo ADN.

A través del estudio de su genoma fue que logramos entender cada uno de los pasos de la simbiosis y cómo esta bacteria puede cambiar de vivienda en unos cuantos pasos. El genoma de R. etli fue secuenciado en la UNAM, en el entonces Centro de Investigación sobre Fijación de Nitrógeno –ahora Centro de Ciencias Genómicas (CCG)–, gracias a un proyecto que estuvo a cargo de los investigadores Guillermo Dávila y Víctor González.

Desde entonces, esta Universidad ha sido punta de lanza en distintos proyectos de genómica que no solamente se albergan dentro del CCG, sino que han encontrado en lugar en distintas entidades universitarias. Si bien no podré mencionar todos los proyectos que actualmente se llevan a cabo en la UNAM que involucran la genómica, sí les compartiré algunos que me parecen dignos de conocerse.

En el Instituto de Ecología hay un particular interés por estudiar un maravilloso experimento que sucede desde hace miles de años en México y que acontece en los laboratorios naturales que son las milpas: los distintos procesos de domesticación del maíz, la calabaza, el frijol y el chile. Gracias a estos estudios, liderados por Luis Eguiarte y Daniel Piñero, se han podido postular diversos modelos y confirmar que no hay un solo camino para la domesticación.

Hay casos, como el maíz, en que una sola especie puede tener muchísima diversidad y presentar múltiples formas y colores. Mientras que, por ejemplo, para la calabaza, son distintas especies que se han ido seleccionando no únicamente por el sabor de sus frutos, sino también por sus flores, sus semillas, sus guías o su uso utilitario o decorativo (como los guajes o jícaras).

Por su parte, en el Laboratorio Internacional de Investigación sobre el Genoma Humano, el grupo de investigación liderado por María Ávila Arcos ha estado estudiando patógenos humanos antiguos, para con ello poder tener un mejor mapeo de su migración desde Europa y África hasta que llegaron a lo que ahora es México durante la Conquista y la Colonia.

En específico, realizando análisis de ADN antiguo a restos humanos pudieron reconstruir genomas virales de parvovirus B19 y de hepatitis B. Estos estudios profundizan y enriquecen el análisis necesario para comprender mejor sucesos clave en la historia de nuestro país, como lo fueron la Conquista y la Colonia.

Claramente el estudio de los virus actuales es de suma importancia, como fue evidente durante la epidemia causada por el SARS-CoV-2. Es por ello que desde el Instituto de Biotecnología, junto con varias otras instituciones nacionales que conforman el Consorcio Mexicano de Vigilancia Genómica, se ha estado monitoreando la existencia y prevalencia de distintas variantes del SARS-CoV-2 que aún existen en nuestro territorio, con el fin de tener un mejor conocimiento del avance de la pandemia y poder generar mejores estrategias de contención y prevención.

Como parte de todas estas investigaciones, es importante seguir estudiando la forma y acomodo de la doble hélice. En el Instituto de Fisiología Celular, el grupo de la investigadora Mayra Furlan está interesado en estudiar la estructura con la cual se organiza el ADN, es decir, cómo se anuda y cómo se acomoda dentro de una célula.

Esto es de suma relevancia ya que es parte del proceso que regula cuáles genes se encuentran activos y cuáles no, y cómo cambia esta dinámica. Los estudios del grupo de Furlan permiten entender cómo se forman los glóbulos rojos de nuestra sangre o cómo se originan los tumores en el cáncer de mama y el cáncer gástrico.

En el Centro de Ciencias Genómicas no nos hemos quedado atrás, pues se continúa con los estudios en este campo. Ahí se llevan a cabo investigaciones sobre las microbiotas de mamíferos pequeños, como el teporingo o algunos murciélagos, y de los ajolotes; la diversidad genómica de las poblaciones humanas que componen nuestro país; cómo el ambiente afecta la regulación genómica de ciertas bacterias; el estudio del proteoma –el conjunto de proteínas– del humano y del frijol, entre muchos otros.

Sin embargo, se debe tener cuidado. Por más interesante que parezca el ADN y que la información que contiene es esencial, también hay que recordar que no es la única fuente de información ni tendrá todas las respuestas. Cada vez más, la investigación que se hace desde las ciencias genómicas requiere el apoyo de otras disciplinas para poder realizar una ciencia diversa, que ofrezca modelos y respuestas más completas y con más puntos de anclaje, lo que aumenta sus capacidades de explicación. El ADN no es destino, pero sí es un gran punto de inicio para realizar investigación o simplemente conocernos mejor y al mundo que nos rodea.