El año 1952 fue un año muy especial para la genética. Raymond Gosling, físico y alumno de doctorado bajo la tutela de Rosalind Franklin se encontraba realizando fotografías de distintas muestras de ADN. Tras 50 intentos, una imagen parecía distinta a las demás. Esta fotografía, tomada el 6 de mayo de 1952, mostraba una serie de puntos y marcas que permitían dilucidar un misterio que los biólogos arrastraban durante años, la estructura de doble hélice del ADN.
Realmente, llamar a la técnica «fotografía» es estirar mucho la palabra ya que, aunque en esta técnica utilizaba papel fotográfico para obtener una imagen, esta no se crea a partir de la luz visible, si no mediante un haz de rayos X. Además, para obtener la fotografía, primero se ha de someter a la molécula a un proceso de cristalización, una técnica complejísima que Franklin perfeccionó durante años.
Cristalizar para fotografiar
Para cristalizar una molécula se ha de desecar en unas condiciones muy concretas de temperatura, acidez y en tiempos muy determinados para que les dé tiempo a las moléculas a ordenarse unas con otras. Una forma muy sencilla de comprender esta técnica es mediante un experimento casero que únicamente requiere de un vaso, sal (NaCl), agua y un poco de tiempo.
Si llenamos parte del vaso con agua y comenzamos a añadir sal, al principio veremos que esta se disuelve sin problema. Una vez sobrepasemos una concentración aproximada de 36 gramos de sal cada 100 mililitros (esta cantidad puede variar dependiendo de la temperatura), veremos que el agua no puede aceptar más sal y, por tanto, esta quedará en el fondo del vaso. En este momento tendremos agua completamente saturada de sal.
Si dejamos el vaso descubierto durante el suficiente tiempo, el agua empezará a evaporarse y, por tanto, al haber menos volumen de líquido, la cantidad de sal en disolución que puede soportar el agua que queda en el vaso será menor. Por ello, parte de la sal precipitará. Sin embargo, no lo hará en forma de finos granos, si no que comenzará a crear pequeños cubos que irán creciendo en tamaño.
Esto es el resultado de las moléculas ordenándose unas con otras en un patrón repetitivo. Como la estructura molecular de la sal es un cubo en el que se intercalan cloro y sodio, si tienen suficiente tiempo, estos cubos irán creciendo en tamaño según se van depositando más y más moléculas de sal.
Llegados a cierto punto, el cubo dejará de crecer y se formarán otros cubos más pequeños o estructuras amorfas, pero si controlásemos perfectamente todas las condiciones del medio y si los materiales de inicio son lo suficientemente puros, este cubo de sal podría seguir creciendo indefinidamente.
En ciertas zonas del planeta tenemos excelentes ejemplos de lo que puede ocurrir con otros minerales. En la cueva de Naica, en México, se pueden observar cristales de yeso de hasta 12 metros y más de 50 toneladas de peso. En España, la Geoda Gigante de Pulpí también cuenta con cristales gigantes, aunque estos «solo» miden alrededor de unos 2 metros.
La magia tras la fotografía
La cristalización se puede aplicar en cualquier material cristalino, orgánico o inorgánico y gracias a ello se puede obtener la estructura del material. Para ello, una vez se tiene el cristal, se toma una fuente de rayos X y se dirige hacia él. El haz de rayos X es capaz de atravesar casi todo el material, pero en ciertos lugares chocará con los núcleos de los átomos del cristal.
Al chocar, rebotará en distintas direcciones en un fenómeno denominado difracción de rayos X. Por tanto, algunos puntos que se encuentren tras el cristal no recibirán radiación. Colocando un material sensible a la radiación tras el cristal, se pueden detectar estos puntos y, mediante matemáticas es posible, a partir de la fotografía, obtener la estructura tridimensional del material.
Cristalizando la vida
Gosling y Franklin consiguieron orientar en la misma dirección finas láminas de ADN y, tras realizar una serie de pruebas, comenzaron a tomar imágenes. La mayoría de intentos salieron borrosas, pero tras 50 fotografías, la fotografía 51 era lo suficientemente nítida como para poder obtener información. En ella se pueden observar distintos elementos que son claves para dilucidar la estructura del ADN.
Los más importantes serían los siguientes:
La forma de cruz indica que el patrón que se repite es una hélice.La distancia entre las manchas superiores y el centro de la imagen indica la separación entre las bases nitrogenadas que lo conforman (0,34 nm).La distancia horizontal entre los puntos nos indica el diámetro de la hélice (2,34 nm).La distancia vertical entre los puntos es una décima parte de la distancia entre las dos grandes manchas de arriba y abajo, lo que indica que la hélice rota cada 10 bases. En la actualidad sabemos que es 10,4La ausencia de una de las bandas indica que hay dos hebras engarzadas de forma no simétrica.
Unos meses después de que fuese tomada esta fotografía, Maurice Wilkins estaba preparándose para retomar los trabajos de Franklin, que iba a abandonar la institución en poco tiempo. Al rebuscar entre los apuntes, encontró, entre muchos otros datos, la fotografía 51. En enero de 1953, Wilkins le mostraría la imagen a Watson y Crick, que con estos datos en la mano pudieron construir el primer modelo de la molécula de ADN.
Este modelo mostraba a la molécula de ADN como una hipotética escalera de caracol dextrógira cuyos pasamanos serían los grupos azúcar-fosfato y los peldaños serían las bases nitrogenadas. En 1962 obtendrían, los tres, el Premio Nobel de Fisiología o Medicina. Franklin, lamentablemente, había fallecido el 16 de abril de 1958 tras la aparición de una serie de tumores que deterioraron rápidamente su salud.
Una fotografía que no lo muestra todo
Lo que se observa en la fotografía 51 es la conformación B del ADN, como se encuentra de forma natural en la mayoría de los organismos. Sin embargo, cuando esta molécula está expuesta a variaciones en su ambiente y humedad encuentra otras conformaciones más estables.
La conformación A del ADN también fue descubierta por Franklin. Esta conformación fue inicialmente creada en el laboratorio de forma artificial en condiciones de escasa humedad. Es una hélice también dextrógira pero más ancha y corta que la conformación B. Al principio se pensaba que las condiciones para que se diera esta estructura eran demasiado extremas para cualquier organismo, pero ciertas bacterias y arqueas extremófilas, así como algunos virus, parecen tener combinaciones ADN-A y ADN-B en su genoma.
Tras el ADN-A y el ADN-B, también se ha podido sintetizar otra estructura más estrecha denominada ADN-C, aunque no se ha hallado todavía en la naturaleza. Esta estructura fue descubierta por Donald Marvin en 1961 tras cristalizar una molécula de ADN al 66% de humedad en un ambiente rico en litio.
Otra conformación que sí se encuentra en las células eucariotas es especialmente extraña y recibe el nombre de ADN-Z. Esta conformación se produce al inicio de la transcripción génica y, al contrario que las 3 anteriores, es levógira, es decir, se enrosca hacia la izquierda. Necesita 12 pares de bases por cada vuelta y se cree que su papel durante la transcripción ayuda a relajar la tensión de la hebra del genoma. Pero por si fuese poco, estas no son las únicas conformaciones posibles, también se ha hallado DNA formando triples y cuádruples hélices, e híbridos entre ADN y ARN.
Al final, la fotografía 51 muestra la hebra de ADN-B, la más común entre los seres vivos, y marcó un antes y un después en la comprensión del genoma. Gracias a esta fotografía se comprendió cómo se heredaban los caracteres y cómo se transmitía la información genética. Sin embargo, la biología siempre consigue encontrar alguna excepción a sus reglas con la que sorprender hasta a sus más grandes estudiosos.
