El acertijo de la vida

Por Greco Hernández

Ganador del Premio Internacional de Divulgación de la Ciencia Ruy Pérez Tamayo 2020

El acertijo de la vida es una fascinante narración de los hallazgos más importantes de la Biología durante el siglo XX y su revolución para dar paso a la genética. Para ello da cuenta de los actores más importantes en este proceso y el contexto en el que se dieron sus aportaciones: la importancia que tuvo Rosalind Franklin en el desarrollo del esquema de la doble hélice del ADN, las primeras ideas en la biología relacionadas a la búsqueda del gen y que dieron paso a la genética, el descubrimiento del ADN, el cambio de mentalidad en los biólogos que estudiaban los genes, quienes pasaron de percibir a éstos como unidades químicas a unidades de información (ello debido a un contexto histórico marcado por el descubrimiento de la energía atómica y el nacimiento de la computación); el descubrimiento de las bases nitrogenadas en el ADN, del ARN y de la doble hélice en el ADN, las primeras investigaciones que se ocupaban de la descodificación del código genético, la encarnizada lucha científica desde diversos laboratorios alrededor del mundo para descubrir el código en codones de cada una de las proteínas en los seres vivos, la cual culminó con un premio nobel compartido entre tres científicos. El libro cierra con un interesante capítulo final en que se plantean nuevas interrogantes sobre el origen de la vida y algunas teorías acerca de la finalidad de los genes.

• Idioma: Español
• Editorial: Fondo de Cultura Económica
• Fecha de lanzamiento: 8 ene 2021
• ISBN: 9786071673572

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AGRADECIMIENTOS

Nunca olvidaré cuando, allá por abril de 1993, al comenzar el trabajo de mi tesis doctoral en la Universidad Autónoma de Madrid, mi director, José Manuel Sierra, me dijo: Toma, tío, a ver hasta dónde llegas con la traducción —fabricación de proteínas, en lenguaje técnico—, y me dio un tubito de ensayo con anticuerpos que reconocen eIF4E, una molécula involucrada en este proceso biológico. Entonces, se dio la media vuelta y desapareció en la cafetería de la facultad en medio del barullo y la gente. Me quedé perplejo y sin decir ni pío; no supe de qué estaba hablando. Ese año en que llegué a trabajar al laboratorio de José Manuel todavía estaba allí, en su oficina, el mismísimo Severo Ochoa, uno de los protagonistas de la carrera científica que llevó al desciframiento del código genético en los años sesenta, y quien en 1959 había sido galardonado con el Premio Nobel de Fisiología o Medicina por descubrir en Estados Unidos cierta enzima que luego sería crucial para lograr tal hito científico. José Manuel, discípulo de Ochoa en el Medical Center de la Universidad de Nueva York y luego en el Roche Institute of Molecular Biology en Nueva Jersey, en 1977 regresaría a Madrid a trabajar en el ya fundado Centro de Biología Molecular Severo Ochoa, donde desde entonces dirigió un laboratorio para estudiar la traducción en biología.

Dos días después de aquel encuentro con mi jefe y su tubo de ensayo, volví a encontrármelo en la misma cafetería y, con un café en la mano, José Manuel me explicó lo que se me venía encima con mi trabajo de doctorado: el tema de mi tesis sería el estudio de las moléculas del proceso de traducción, bla, bla, bla, bla…, ¡¡ufff…!! De nuevo me quedé perplejo y sin decir ni pío; no supe de qué estaba hablando. Pero me encantó la idea. Entonces, me di la vuelta y desaparecí en la cafetería de la facultad en medio del barullo y la gente. No sólo me gradué con esos estudios —y una tesis doctoral con un título infumable—, sino que además me seguí de filo en este tema científico por los siglos de los siglos, y han pasado ya 28 años. Me fui a trabajar por muchos años con otros dos pioneros de este campo, Hans Trachsel en Suiza y Nahum Sonenberg en Canadá. De la generación siguiente a la que descubrió el código genético, ellos fueron los que comenzaron a caracterizar la maquinaria celular que traduce los mensajes genéticos en proteínas. Y luego trabajé con Paul Lasko, también en Canadá, un genetista de pura cepa con quien aprendí genética, biología del desarrollo y también traducción. Así, mi pasión por la traducción en biología me viene de largo y ha conformado prácticamente toda mi carrera profesional, como estudiante de posgrado y como investigador. ¿Habrá tenido algo que ver la circunstancia de haber nacido justo cuando estaban descifrando el código genético, en el cenit de aquellas investigaciones, y que con este hito científico surgía el campo de la traducción? Quizá mi suerte ya estaba echada al llegar yo a este mundo. Tal sería mi fortuna.

Por todo ello, doy sinceros agradecimientos a mis mentores académicos, quienes me enseñaron con pasión y en profundidad los fundamentos, la historia, los detalles y la visión global de este fascinante ámbito de investigación. La esfera científica de mi yo fue erigida ladrillo a ladrillo, piedra sobre piedra, por ellos: José Manuel Sierra, Hans Trachsel, Nahum Sonenberg y Paul Lasko.

Asimismo, agradezco sus enseñanzas a los muchos colegas del campo de la traducción, decenas de jefes de grupo, estudiantes y posdoctorantes de los laboratorios en diferentes países donde he trabajado, con quienes he mantenido horas y horas de apasionantes pláticas sobre este tema y colaborado a lo largo de estos años haciendo experimentos y escribiendo artículos científicos. En especial a Paula Vazquez-Pianzola, Gritta Tettweiler, Peter Schwartz, Juanjo Berlanga, Filipp Frank, Thomas Tuschl, Bruno Fonseca, Ivan Topisirovic, Annelies Zechel, Mar Castellanos, Tommy Alain, Beat Suter, Mark Fabian, Jian Kong, Luiz Penalva, Henning Urlaub, Donna Jovin, Jesús Vázquez, Reinhard Fischer, Satur Herrero, Sylvia Levine, Javier Santoyo, Encarna Martínez, Fátima Gebauer, Thomas Jovin, Daniela Ross-Kaschitza, Achim Dichter, Vassiliki Lalioti, Mer Fèvre, Armen Parsyan, Niankun Liu, Daniella Reichhardt, Thomas Sundermeier, Rolando Rivera-Pomar, Masahiro Morita, Michael Altmann, Valentina Gandin, Ting-Chiu Hsieh, Tiago Ferreira, Julie Brill, Ciara Gamberi, Misia Kowanda, Pao Ferrero, Johanna Zuberek, Christopher Proud, Thomas Preiss, Yuri Svitkin (el mejor bioquímico que he conocido, ever) y Rosemary Jagus. Últimamente, con Xóchitl Pérez Martínez descubrí un mundo nuevo cuando la traducción sucede en la mitocondria. He aprendido muchísimo de todos ellos.

Quiero mencionar a mis dos estudiantes en el extranjero, Seham Ebrahim (Universidad Técnica de Hamburgo, Alemania) y Jérémy Magescas (Universidad de París, Francia), así como a mis estudiantes en mi propio laboratorio en el Instituto Nacional de Cancerología en la Ciudad de México (por orden de aparición) Alexa García, Vins Chente G. Osnaya, Mitzli Velasco, Ara Hernández, Pame González, Giovanna Chinos Maldonado, Manu Santalla (visitante allende los mares), Yeni Ayala, Jorge Yoryi Boy Ramírez, Alí Saldaña y MariCat González. También a mi asociada, Angélica Montiel. Con ellos he seguido aprendiendo muchas cosas nuevas de la síntesis de proteínas.

Este libro no podría existir sin la labor de las siguientes personas, a quienes les doy las gracias por ello: Hortensia Hernández, quien leyó y corrigió con mucha claridad la estructura y el estilo de este texto las veces que fueron necesarias —sus valiosos comentarios lo mejoraron sustancialmente—, y Xóchitl Pérez y Alida Hernández, por sus excelentes sugerencias al texto una vez terminado. Las tres me hicieron muy buenas críticas y me dieron mucha retroalimentación desde diferentes ángulos intelectuales. Asimismo, aprecio mucho que José Manuel Sierra haya compartido para este texto algunas anécdotas personales sobre Severo Ochoa. También le doy las gracias a Karla López, editora de Ciencia y Tecnología del Fondo de Cultura Económica, por su excelente labor editorial y sugerencias para que este libro mejorara mucho en su versión final.

En cuanto a las imágenes, agradezco a Cutberto Hernández por las caricaturas del Club de la Corbata (figura VII.3) y de Heinrich Matthaei y Marshall Nirenberg (figura VIII.4); a Alida Hernández también por las viñetas de los inicios de capítulo; a Iván Flores Ramírez por los dibujos de las figuras IV.1, VII.6 y VIII.5, y los recuadros 3, 6, 8 y 9 (arriba); a la Wellcome Library Collection de Londres por el permiso para reproducir la imagen 1956 de la figura VII.4 a partir del borrador de Francis Crick titulado Ideas on Protein Synthesis (Oct. 1956) y nunca publicado por él; al McGovern Historical Center, Medical World News Photograph Collection de la Texas Medical Center Library y con permiso del George Tames Estate, por la fotografía de la figura VIII.1; a la Biblioteca Nacional de Medicina de los Estados Unidos por la imagen que se muestra en la figura VIII.2; al Museo Stetten y la Oficina de Historia de los Institutos Nacionales de Salud, en Bethesda, Maryland, por la imagen que se muestra en la figura VIII.3, y a Wikimedia Commons (commons.wikimedia.org), de donde obtuve las fotografías de las figuras II.1, II.2, IV.2, IV.3, VII.5, IX.1, IX.2, X.1, X.2 y del recuadro 1. Las figuras VII.1, VII.2, VIII.6, IX.3, IX.4, así como las de los recuadros 2 y 5 son del autor. La figura del recuadro 9 (abajo) es de Xóchitl Pérez y el autor.

Por último, estoy en deuda con mi gurú en los años de la facultad, el paleontólogo Stephen Jay Gould, por dejarnos para siempre divulgación de la ciencia de la más alta calidad. Mi propia divulgación siempre mirará a esta estrella en la carretera.

PRÓLOGO

Ideas. ¿De dónde salen las ideas? Sobre todo, ¿de dónde surgen las grandes ideas? Es decir, aquellas que cambian el mundo, nuestras vidas y nuestro entendimiento de la naturaleza. Desde hace muchos años me pregunto de dónde rayos salió una de las más grandes ideas de la ciencia contemporánea: el código genético. Este libro habla de cómo se concibió su existencia y de qué manera ocurrió su descubrimiento en la década de 1960; también sobre cómo esta idea fue moldeada fuertemente por la época en que surgió y quiénes fueron sus protagonistas. Esto es, no mira el descubrimiento del código como si lo hubieran hecho unos individuos despeinados, con lentes de fondo de botella, sin novia y metidos día y noche en su laboratorio. Por el contrario, este texto ilustra que ningún campo o descubrimiento científico nace de la nada; que la ciencia contemporánea es el resultado de décadas de esfuerzo y excelencia académica; de trabajo arduo y pasión por las ideas; de mucho talento, chispa imaginativa y bastante creatividad intelectual y experimental; de una gran masa crítica que hace madurar una idea, y todo soportado por una larga, sustanciosa y sostenida inversión económica tanto en ciencia básica como en la formación de recursos humanos. Asimismo, muestra que la ciencia ha sido y es, cada vez más, generada por una vertiginosa, feroz y despiadada competencia entre un tupido y dinámico enjambre de diversos equipos de investigación en varios países del hemisferio norte (principalmente los Estados Unidos, Alemania, Reino Unido, Canadá, Holanda, Suecia, Dinamarca, Austria, Japón y Suiza), tanto de instituciones académicas como de compañías privadas. En efecto, estos equipos generan y patentan productos biotecnológicos, químicos, clínicos, biológicos y farmacéuticos, además de editar una ingente cantidad de publicaciones científicas. Y también muchas ideas, algunas de ellas grandes ideas.

Con la exposición del desciframiento del código genético, este libro también ilustra que las ideas, más que los descubrimientos en sí mismos, son las que cambian el mundo, porque las nuevas ideas de gran calado modifican las diferentes dimensiones de la vida humana, empezando por el quehacer cotidiano. Tales ideas plantean nuevos dilemas en el instante de ser alumbradas, y su onda expansiva provoca la creación de una inédita visión del mundo, de una nueva percepción de nuestro lugar en la naturaleza, e impacta en la construcción del futuro. Por eso hay que divulgarlas, discutirlas, hablarlas extensivamente con la sociedad, enseñarlas en las escuelas y platicarlas con el taxista, el plomero, el abogado, el sociólogo, el ingeniero, el ama de casa, y con todas las personas. Una de estas ideas, piedra angular en la génesis del mundo moderno, es justamente la concepción del código genético.

Pero y… ¿de qué estamos hablando?, ¿a qué nos referimos?, ¿por qué es importante reflexionar sobre el código genético?, ¿por qué se deben trazar el origen y la historia de esta gran idea?, ¿qué es el código genético? Vamos por partes. Los seres vivos están conformados por cuatro dimensiones entrelazadas que sustentan su naturaleza: 1) el aspecto informático, es decir, la configuración, la expresión y la transmisión de su información genética; 2) el aspecto energético, que significa la obtención y el uso de la energía que los hace vivir; 3) el aspecto ecológico, esto es, el acoplamiento informacional, energético y funcional de un organismo a su entorno, y 4) el aspecto evolutivo, es decir, el cambio de las tres dimensiones anteriores a través de las generaciones en el tiempo. Este libro explora sólo el aspecto informático de los organismos, cuyo núcleo es el código genético.

Cuando en las décadas de 1940 y 1950 los científicos descubrieron que el ADN (siglas de ácido desoxirribonucleico) es la molécula que porta la información genética y luego dilucidaron su estructura molecular —la llamada doble hélice—, concluyeron que debía haber algo en aquella espiral de ADN que la hace generar vida, ya que por sí sola es simplemente una molécula inerte. Sin embargo, a pesar de que conocían la estructura del ADN a escala atómica, no entendían cómo la naturaleza utiliza dicha molécula para formar a todos los seres vivos del planeta Tierra. Ese algo permite que exista la vida, es su Santo Grial. Pensaron que ese algo debía de ser un conjunto de mecanismos que las células tienen para leer el mensaje genético en el ADN y convertirlo en organismos vivientes. Perplejos, los investigadores vieron que descubrir ese algo sería un verdadero enigma envuelto en una adivinanza oculta dentro de una maraña de misterio. Todos acordaron que ese algo era el acertijo de la vida. Ahora sabemos que ese algo es el código genético. Y aquí es donde comienza este libro.

A raíz de ese enigma surgieron nuevas, complejísimas y fascinantes interrogantes sobre las leyes fundamentales de lo vivo. Por ejemplo: ¿cómo se escribe la información genética en el ADN?; ¿cuáles son las palabras y los signos de puntuación a lo largo de un fragmento de ADN que contiene un mensaje genético, es decir, de un gen?; ¿cuál es el diccionario o catálogo de palabras genéticas que los organismos leen para llegar a ser lo que son?; además, ¿cómo lee, interpreta o traduce la célula el mensaje genético del ADN para construir los organismos? Es decir, ¿por qué mi gato Rubik tiene la forma de un gato, hace como gato y camina como gato, y mi perro Firulais luce como un perro, camina como perro y persigue a los gatos? En resumidas cuentas: ¿cuál es el código genético?

También surgieron otras interrogantes: ¿cada especie usa un código genético diferente, o todas las especies de la biósfera usan el mismo?; ¿cuál es su relación con las enfermedades hereditarias?; ¿en el laboratorio podrían crearse diferentes códigos genéticos?, y ¿cuál es su origen evolutivo? ¿O es que… lo inventaron los extraterrestres? Este texto se sumerge en la concepción de la idea del código genético, en la carrera científica por desencriptarlo, y con ello dar respuesta a estas y otras preguntas más. También explora cómo se entrelaza la emergencia de la idea del código genético con la evolución del concepto de gen en los años cuarenta y cincuenta; además, describe cómo el descubrimiento del código estuvo fuertemente influido por los sucesos históricos y los avances científicos de la época en la que sucedió —justo a mediados del siglo XX—, como el nacimiento de la cibernética y la informática o el inicio de la era atómica y de la Guerra Fría, que tuvo a todo el mundo con el Jesús en la boca.

Fueron el estadunidense Marshall Nirenberg y el alemán Heinrich Matthaei, cuando trabajaban en los Institutos Nacionales de la Salud (NIH, por sus siglas en inglés) en Maryland, quienes en mayo de 1961 lograron decodificar la primera palabra del código genético. Su lúcido e innovador trabajo fue complementado después con las importantísimas investigaciones de Robert Holley, de la Universidad Cornell; Gobin Khorana, de la Universidad de Wisconsin; Severo Ochoa, del Instituto Roche en Nueva York; Sidney Brenner y Francis Crick, de la Universidad de Cambridge; Alan Garen, de la Universidad de Yale; Carles Yanofsky, de la Universidad de Stanford; Akira Kaji y Hideo Kaji, de la Universidad de Pensilvania; Heinz-Günter Wittman y Brigitte Wittmann-Liebold, del Instituto Max Planck en Tubinga, y Heinz Frankel-Conrat, de la Universidad de California en Berkeley, quienes en conjunto completarían este hito científico en febrero de 1967. Otros investigadores también contribuyeron significativamente a dicho logro, entre los que se incluyen Paul Zamecnik y Mahlon Hoagland, del Hospital General de Massachusetts; Seymour Benzer, de la Universidad de Purdue; Leon Heppel, Maxine Singer, Robert Martin y Bill Jones, de los NIH, y los estudiantes y posdoctorantes de los laboratorios de todos estos investigadores.

Con los años, el desciframiento del código genético resultó ser tremendamente importante. Su magnitud fue tal que, junto con el descubrimiento de la doble hélice del ADN en 1953, condujo al nacimiento de la biología moderna. Es decir, ambos logros científicos llevaron al entendimiento de las leyes que rigen los flujos de información genética a través de la naturaleza, aquellas que comandan la expresión de dicha información en los seres vivos, las causas moleculares de la evolución de las especies y el origen de las enfermedades hereditarias, entre otros grandes avances científicos. Y no sólo eso: también fueron la piedra angular en la emergencia de nuevas áreas científicas como la biología molecular, la ingeniería genética y la biología genómica, disciplinas que paso a paso cambiaron el rumbo de la historia a lo largo de la segunda mitad del siglo XX. Marshall Nirenberg, Robert Holley y Gobin Khorana ganaron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1968 por sus contribuciones cruciales en el desciframiento del código genético.

En consecuencia, a partir de la segunda mitad del siglo XX la biología moderna ha moldeado para bien nuestras vidas. Pensemos, por ejemplo, en la comprensión de las causas de las enfermedades hereditarias; en la erradicación del virus más devastador que ha azotado a la humanidad en toda su historia, el de la viruela, y en el control eficaz de otros virus como el del ébola, el coronavirus SARS-COV-2, el del sida, el del papiloma, el H1N1 y todos aquellos que cada año causan las gripes estacionales; en la producción de todas las vacunas, el descubrimiento de los cientos de antibióticos y el desarrollo de miles de otros medicamentos; en el trasplante de órganos; en el control de varios tipos de cáncer; en la fertilización in vitro (es decir, en un tubo de ensayo en el laboratorio); en la clonación de animales como el caso de la borrega Dolly y de cientos de otros más con grandes aplicaciones biotecnológicas; en la modificación (edición) de genes a la carta; en la terapia génica y la