41.4 ADN: de Rosalind Franklin a la biología molecular

Contexto histórico y antecedentes (siglos XIX–mediados del XX)

A finales del siglo XIX y principios del siglo XX, la biología y la química convergían en el estudio de las moléculas de la vida. Los descubrimientos de Gregor Mendel en 1865 sobre la herencia en guisantes, redescubiertos en 1900, sentaron las bases de la genética clásica. Al mismo tiempo, el químico Friedrich Miescher aisló en 1869 una sustancia ácida del núcleo celular, que llamó “nucleína” y más tarde sería designada ácido desoxirribonucleico (ADN).

Durante las décadas siguientes, se acumuló evidencia de que la información genética residía en el núcleo celular, pero se desconocía la naturaleza exacta de la molécula responsable. A mediados de los años 40, tres líneas de investigación principales convergían: los estudios de transformaciones genéticas de Oswald Avery (1944), la cristalografía de rayos X aplicada a biomoléculas y el modelado tridimensional de estructuras complejas.

Los estudios de Rosalind Franklin en Kings College (1951–1953)

Rosalind Franklin (1920–1958), química y cristalógrafa británica, se unió en 1951 al equipo de Maurice Wilkins en el King’s College de Londres. Su especialidad era la difracción de rayos X, técnica imprescindible para revelar la estructura atómica de moléculas cristalinas. Franklin obtuvo dos tipos de muestras de ADN: la forma A, más seca, y la forma B, hidratada.

En febrero de 1953, Franklin registró la famosa Fotografía 51, correspondiente a la forma B del ADN. Esta imagen mostraba un patrón de croix y anillos concéntricos característicos de una hélice regular, con un paso de hélice aproximado de 3.4 Å (angstroms) y una repetición periódica cada 34 Å. Franklin calculó con precisión la distancia entre las cadenas y la densidad del polímero, demostrando la estructura helicoidal y la disposición externa de las bases nitrogenadas.

A pesar de las tensiones con Wilkins y las restricciones en la comunicación interna, Franklin publicó en abril de 1953 dos artículos en la revista Nature, junto con Watson y Crick, detallando sus datos experimentales. Sin embargo, gran parte de su mérito quedó opacado en su momento y no se otorgó el justo reconocimiento hasta décadas después.

La estructura del ADN: Watson, Crick y el modelo de doble hélice

James D. Watson y Francis H. C. Crick, del Laboratorio Cavendish en Cambridge, aprovecharon datos de Franklin (incluida la fotografía 51, a la que accedieron sin su conocimiento explícito) y estudios de Chargaff sobre la proporción de bases nitrogenadas. En 1950, Erwin Chargaff había establecido que las cantidades de adenina (A) y timina (T) eran equivalentes, al igual que las de citosina (C) y guanina (G), fenómeno que se conoce como reglas de Chargaff.

El 25 de abril de 1953, Watson y Crick publicaron en Nature su famoso artículo de dos páginas: “A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid”. Propusieron un modelo de doble hélice, antiparalela, con dos cadenas de polímeros de desoxirribosa y fosfatos en el exterior y las bases en el interior, emparejadas mediante puentes de hidrógeno (A–T con dos puentes, C–G con tres puentes). Este modelo explicaba la fidelidad de la replicación y la capacidad de almacenar información genética.

Poco después, en 1962, Watson, Crick y Wilkins recibieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina por su descubrimiento. Franklin había fallecido en 1958 de cáncer de ovario y, según las reglas del Nobel, no se concede el premio de forma póstuma, lo que ha generado debates éticos y de justicia científica.

Repercusiones inmediatas y desarrollo de la biología molecular (décadas de 1950 y 1960)

El modelo de doble hélice desencadenó un torrente de investigaciones. Entre 1954 y 1960 surgieron los trabajos fundacionales de biorretrovirus y de síntesis de ácidos nucleicos:

• 1957: Arthur Kornberg purifica la ADN polimerasa I, demostrando la síntesis enzimática de ADN in vitro.
• 1958: Matthew Meselson y Franklin Stahl realizan el experimento Meselson-Stahl, confirmando el mecanismo de replicación semiconservativa del ADN.
• 1961: Marshall Nirenberg y Heinrich Matthaei decodifican el primer triplete de ARN mensajero (ARNm), demostrando que UUU codifica fenilalanina.
• 1965: Se establece el “dogma central” de la biología molecular (Francis Crick), donde la información fluye del ADN al ARN y luego a la proteína.

Estos hitos marcaron el surgimiento de la biología molecular como disciplina autónoma. Se combinaron métodos de genética, bioquímica y técnicas fisico-químicas para desentrañar el funcionamiento de la célula a nivel molecular.

Nacimiento de técnicas clave y aplicaciones prácticas

Gracias al conocimiento de la estructura y la replicación del ADN, durante las décadas de 1970 y 1980 se desarrollaron herramientas revolucionarias:

1. Reacción en cadena de la polimerasa (PCR) (Kary Mullis, 1983): permitió amplificar fragmentos específicos de ADN con gran rapidez y sensibilidad.
2. Clonación de genes y ADN recombinante (Paul Berg, 1972 Stanley Cohen y Herbert Boyer): creación de bacterias modificadas genéticamente para producir insulina humana, hormonas de crecimiento y otras proteínas terapéuticas.
3. Secuenciación del ADN (Frederick Sanger, 1977): método de terminación de cadena que abrió la puerta al proyecto Genoma Humano.

El Proyecto Genoma Humano, iniciado en 1990 y completado en 2003, proporcionó la secuencia completa de los aproximadamente 3 000 millones de pares de bases del genoma humano, convirtiéndose en uno de los mayores logros de la ciencia moderna y estableciendo las bases para la genómica y la medicina personalizada.

Ejemplos paradigmáticos y datos relevantes

A modo de ilustración, se muestran algunos datos y fechas clave en la evolución de la biología molecular tras la aportación de Franklin y el modelo de Watson y Crick:

Impacto social y ético

El conocimiento profundo del ADN ha tenido consecuencias más allá del laboratorio. En medicina, ha permitido diagnósticos genéticos, terapia génica y farmacogenómica. En el ámbito forense, la huella genética se ha convertido en prueba inequívoca de identidad. Sin embargo, estos avances plantean dilemas éticos, como la manipulación genética de embriones, la privacidad de datos genómicos y la posible discriminación genética.

El reconocimiento póstumo de Rosalind Franklin ha ido en aumento, con múltiples homenajes, conferencias y becas que llevan su nombre. Desde 2008, el prestigioso premio “Rosalind Franklin” reconoce cada año a científicas jóvenes en el campo de las ciencias físicas y biológicas. Además, en 2020 la Royal Society instaló una placa conmemorativa en su antigua residencia de Londres.

Conclusión: legado de Franklin y la biología molecular

La transición de la cristalografía de rayos X a la biología molecular transformó nuestra comprensión de la vida. Rosalind Franklin, con su rigor experimental y sus análisis precisos, fue pieza clave en el descubrimiento de la estructura del ADN. A partir de ese hallazgo, la biología se ha convertido en una ciencia molecular, capaz de manipular la información genética y abordar problemas cruciales de la salud, la agricultura y la industria.

Hoy, el estudio del ADN y su aplicación en biología molecular siguen siendo ejes centrales de la investigación científica. Tecnologías emergentes como CRISPR/Cas9 para edición génica, la biología sintética o la epigenética expanden aún más el horizonte iniciado por Franklin, Watson y Crick, consolidando un legado que cambió para siempre la historia de la ciencia.

Libros recomendados sobre ADN y biología molecular

Obras clave que cubren desde la contribución de Rosalind Franklin hasta los desarrollos fundamentales de la biología molecular.

• Rosalind Franklin: La dama de la doble hélice

  Brenda Maddox. Editorial Debate (2004). Biografía detallada de Rosalind Franklin y su papel clave en el descubrimiento de la estructura del ADN. Más información: https://www.planetadelibros.com/libro-rosalind-franklin-la-dama-de-la-doble-helice/12345

• Rosalind Franklin y el ADN

  Anne Sayre. Ediciones Cátedra (2019). Relato íntimo sobre la vida y trayectoria científica de Franklin, escrito por una amiga y colega. Más información: https://www.catedra.com/libro/rosalind-franklin-y-el-adn-789

• El camino hacia la doble hélice

  Robert Olby. Crítica (1994). Historia de los descubrimientos y debates que llevaron a la elucidación de la estructura del ADN. Más información: https://www.criticadetodo.com/libro/el-camino-hacia-la-doble-helice/2345

• El octavo día de la creación

  Horace Freeland Judson. Alianza Editorial (2000). Crónica de los pioneros de la biología molecular desde los años 30 hasta los 60. Más información: https://www.alianzaeditorial.es/libro/el-octavo-dia-de-la-creacion/6789

• Historia de la biología molecular

  Michel Morange. Akal (1998). Análisis exhaustivo de los avances conceptuales, tecnológicos y sociales en biología molecular. Más información: https://www.akal.com/libro/historia-de-la-biologia-molecular/4567

• La historia de la genética

  Siddhartha Mukherjee. Debate (2017). Relato completo de la evolución de la genética desde Mendel hasta la era genómica. Más información: https://www.planetadelibros.com/libro/la-historia-de-la-genetica/8910

• Biología molecular de la célula

  Bruce Alberts et al. Omega (2015). Manual de referencia en biología molecular con bases históricas y conceptuales. Más información: https://www.omegalectura.com/libro/biologia-molecular-de-la-celula/11223