EL DNA COMO MATERIAL GENÉTICO

Hasta mediados de los años 40 había fuertes controversias sobre la naturaleza química del material hereditario. Si alguna biomolécula podía ser candidata a ser el material genético, éstas eran las proteínas con su estructura tan compleja y variada. Moléculas tan simples y repetitivas como los ácidos nucleicos no eran, a priori, candidatos idóneos como portadores del material genético. Esta controversia fué resuelta en la década de los 40 mediante dos brillantes experimentos:

EL EXPERIMENTO DE AVERY, McLEOD Y McCARTY

EL EXPERIMENTO DE HERSHEY Y CHASE

En 1928, Frederick Griffith describió el llamado fenómeno de transformación por neumococos. Se distinguen dos tipos de neumococos. Los neumococos de tipo R (rugoso) forman colonias de aspecto rugoso sobre un medio sólido, y son poco virulentos. Los neumococos de tipo S (liso) forman colonias aspecto liso y brillante sobre un medio sólido, y provocan infecciones letales. Se caracterizan por poseer una cápsula de polisacáridos en la superficie celular.

Los neumococos de tipo R (rugoso) forman colonias de aspecto rugoso sobre un medio sólido, y son poco virulentos.
Los neumococos de tipo S (liso) forman colonias de aspecto liso y brillante sobre un medio sólido, y provocan infecciones letales.
Los neumococos de tipo S (liso) provocan infecciones letales, pero son sensibles al calor. Si se inyectan al ratón neumococos de tipo S que han sido calentados, el animal sobrevive.
Si se inyectan a un ratón neumococos vivos de tipo R y neumococos muertos de tipo S (ninguno de los dos es letal por separado) se produce la muerte del ratón, y de la infección se pueden extraer neumococos vivos del tipo S. Al componente presente en los neumococos S muertos que convierte a los neumococos R vivos en neumococos S letales se le llamó FACTOR DE TRANSFORMACIÓN .

En 1944, Oswald Avery, Colin McLeod y Maclyn McCarty demostraron que el factor de transformación del neumococo era el ácido desoxirribonucleico (DNA).

Oswald Avery	Colin McLeod	Maclyn McCarty

Trabajaban con cultivos puros de neumococo R a los que añadían distintos componentes de neumococos S muertos. Sólo se producía el fenómeno de transformación cuando se añadía a los neumococos R el DNA de los neumococos S. Este DNA era captado por los neumococos R vivos con lo que se transformaban en neumococos S vivos y letales. Esta conclusión se vió reforzada por otra serie de experimentos:

• En presencia de proteasas (proteínas que rompen proteínas), el factor de transformación sigue siendo operativo.
• En presencia de desoxirribonucleasa (enzima que rompe el DNA) el factor de transformación deja de funcionar.

Esto no deja lugar a duda sobre la naturaleza del factor de transformación, que es un DNA y no una proteína como se sospechaba en aquella época.

Este enlace lleva a una extraordinaria animación sobre el experimento de Avery, McLeod y McCarty.

Para poder entender el experimento de Hershey y Chase (Figura de la derecha), que demostraba que eran las moléculas de DNA y no las proteínas las portadoras de la información genética, es necesario comprender el mecanismo de replicación de los bacteriófagos.

Los bacteriófagos (o fagos) son virus que atacan a las bacterias. Los fagos de la serie T-par (T2, T4 y T6) atacan a la enterobacteria Escherichi coli. Estos fagos constan de una cabeza proteica que guarda una molécula de DNA, una cola y una serie de filamentos (Figura de la derecha). Cuando estos virus encuentran una bacteria susceptible, se fijan a un receptor específico de la superficie celular y le inyectan el contenido de la cabeza (el DNA), tal y como se observa en la fotografía inferior. En el interior de la bacteria, este DNA crea varios cientos de copias de sí mismo y de las proteínas que lo componen, aprovechando la maquinaria biosintética de la célula. Una vez completada la síntesis, las moléculas de DNA y de proteína se ensamblan para formar nuevas copias del virus. Una vez terminado el proceso, la bacteria de destruye (lisis) y los nuevos virus son liberados al medio donde pueden iniciar nuevos ciclos de infeción (ciclo lítico).

Infección de la célula huésped	Reproducción y lisis bacteriana
Ciclo lítico completo de un bacteriófago

Como los virus de la progenie heredan los caracteres fenotípicos del virus primitivo, Alfred Hershey y Martha Chase diseñaron un sistema para averiguar si la herencia era comunicada por el DNA o por las proteínas. Utilizaron técnicas de marcaje radioactivo para construir dos tipos de fagos distintos. Una población de fagos creció en un medio que contenía ³⁵S. El ³⁵S marca a las proteínas que contienen residuos de Cys o Met y por lo tanto, esta población contiene proteínas radioactivas y DNA no radioactivo, ya que el DNA no contiene S. La segunda población de virus creció en un medio que contenía ³²P. El ³²P marca los ácidos nucleicos, pero no a las proteínas, de forma que esta población contiene DNA radioactivo y proteínas no radioactivas. Ambos tipos de virus fueron utilizados por separado para infectar a células de E. coli susceptibles.

Población de fagos que ha crecido en un medio con 35S		Proteína: radioactiva (en rojo) DNA: no radioactivo (en negro)
Población de fagos que ha crecido en un medio con 32P		Proteína: no radioactiva (en negro) DNA: radioactivo (en rojo)

Después de la infección, y antes de que se completara el ciclo lítico sometían a las células a una fuerte agitación mecánica para desprender de la superfice de la célula a todos los virus que pudiesen estar adheridos, y después, por centrifugación separaban las células de las partículas víricas: Las células se acumulan en el sedimento, y los fagos perrmanecen en el sobrenadante.

	Cultivo de las bacterias con los fagos	Separación fagos-bacterias	Centrifugación: las células sedimentan y los fagos no
Población de fagos que ha crecido en un medio con 35S
Población de fagos que ha crecido en un medio con 32P

A continuación medían la radioactividad asociada a las células. Las células presentaban radioactividad únicamente cuando se hacía el experimento con virus ³²P. Cuando se realizaba el experimento con virus ³⁵S, las células no contenían radioactividad. Como los virus que surgen de ambos ciclos líticos son absolutamente normales, este experimento indica que las características genéticas del virus han sido comunicadas a la progenie mediante el DNA, no mediante la proteína.