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. Se caracterizan por poseer una cápsula de polisacáridos en la superficie celular que las protege del sistema inmunitario del huésped y provocan infecciones que matan al animal en 3 ó 4 días.

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. En los ratones muertos se encontraron neumococos vivos del tipo S que, a su vez, eran capaces de infectar a otros ratones: el cambio que se había producido era estable y era heredado por la descendencia

Griffith concluyó que un "FACTOR DE TRANSFORMACIÓN" había sido transferido desde los neumococos S muertos a los neumococos R vivos. Este factor de transformación convirtió a los neumococos R en neumococos S con la cápsula de polisacáridos que les hace letales.

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En 1944, Oswald Avery, Colin McLeod y Maclyn McCarty trataron de identificar el factor de transformación (FT), que debía encontrarse en los neumococos S muertos por el calor.

Oswald Avery	Colin McLeod	Maclyn McCarty

Para ello:

• Trataron los pneumococos S muertos por calentamiento con detergente para obtener un lisado celular (un extracto libre de células que contenía el FT). Este lisado contiene (entre otras cosas) el polisacárido de la superficie celular, las proteínas, el ARN y el ADN de los neumococos S.
• Sometieron al lisado a diversos tratamientos enzimáticos
• Inyectaron en ratones los neumococos de tipo R vivos junto con una fracción del lisado modificada enzimáticamente

Los resultados de sus experimentos se reflejan en la siguiente tabla:

Tratamiento realizado sobre el lisado			Resultado	Conclusión
Ninguno				El FT está presente en el lisado
Se añadió la enzima SIII,que degrada la cápsula de polisacárido				El FT no era el polisacárido que estaba presente en el lisado
Se añadieron al lisado anterior (con el polisacárido degradado) las enzimas proteolíticas tripsina y quimiotripsina				El FT no era una proteína. Debía ser un ácido nucleico (ARN o ADN)
Se extrajeron los ácidos nucleicos del lisado anterior y se añadió la enzima ARNasa (que degrada el ARN)				El FT no era el ARN
Al extracto de ácidos nucleicos anterior se le añadió la enzima ADNasa (que degrada el ADN)				FT = ADN

Esta serie de experimentos demostró que la naturaleza química del factor de transformación (la información genética capaz de convertir neumococos R en nuemococos S) era 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.

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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.

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