Historia del descubrimiento: de los ratones a las moléculas
Durante mucho tiempo, la ciencia desconoció qué molécula exacta almacena el código genético. El experimento de F. Griffith en 1928 arrojó luz sobre este misterio.
El científico trabajó con neumococos (Streptococcus pneumoniae) y utilizó dos cepas:
- Cepa R (Rough): células sin cápsula que no causan enfermedad (avirulentas).
- Cepa S (Smooth): células con cápsula que causan la muerte de los animales (virulentas).
Griffith inyectó a ratones una mezcla de células R vivas, totalmente seguras, y células S muertas por calor. En contra de lo esperado, los animales de laboratorio murieron. Es más, de su sangre se aislaron neumococos virulentos vivos con cápsula.
Para demostrar que se trataba de una transferencia de información y no de una recuperación accidental de las bacterias, el científico utilizó células R procedentes del tipo S II y microorganismos muertos del tipo S III. Las bacterias aisladas de los ratones muertos tenían una cápsula del tipo S III. Esto confirmó de manera indiscutible el hecho de la transformación.
Más tarde, en 1944, los investigadores O. Avery, C. MacLeod y M. McCarty determinaron la naturaleza de este fenómeno. Demostraron que la conversión de las formas sin cápsula en formas con cápsula es provocada por el ADN puro aislado de la cepa S. Esto constituyó la primera prueba fundamental de que el ADN actúa como portador de la información genética.
Condiciones para una transformación exitosa
En la naturaleza, las bacterias (especialmente las grampositivas) son capaces de capturar espontáneamente el material genético de congéneres muertos. Sin embargo, para que la transformación tenga éxito, se requiere la coincidencia de dos factores clave:
- Competencia de la célula receptora. Es la capacidad del microorganismo para absorber ADN extraño del medio externo. La base molecular de este estado es la presencia de proteínas especiales en la membrana celular. Estas proteínas poseen una afinidad específica por los ácidos nucleicos. En las bacterias grampositivas, la competencia no es constante; surge estrictamente en determinadas fases de la curva de crecimiento de la población.
- Propiedades del ADN donante. La molécula presente en el medio externo debe ser bicatenaria y estar altamente espiralizada. Además, es de importancia fundamental el elevado peso molecular del fragmento.
Mecanismo de penetración y recombinación
El proceso de captura e inserción del genoma ajeno representa un mecanismo fisiológico complejo.
- Penetración: A pesar de que el ADN donante consta inicialmente de dos hebras, solo una hebra penetra en el citoplasma del receptor. La segunda cadena se retiene en la membrana celular y sufre degradación (hidrólisis). Precisamente la energía liberada durante la escisión de la segunda hebra asegura el transporte de la primera hebra hacia el interior de la célula.
- Protección: El ADN transformante debe poseer un alto peso molecular. Una hebra larga resiste con mucha más facilidad a las enzimas intracelulares —endonucleasas—, que tienden a escindir el material genético extraño.
- Integración: Para una inserción exitosa es necesaria la presencia de regiones homólogas (con similitud estructural) entre el cromosoma del receptor y el fragmento del donante. La recombinación afecta a una sola hebra, como resultado de lo cual se forma una molécula heteroduplex dentro del cromosoma. En esta estructura, una cadena es original (pertenece al receptor) y la segunda es recombinante (incorporada del donante).
Fijación del rasgo y significado práctico
Inmediatamente después de la integración, la célula aún no se convierte en un transformante completo. La fijación del nuevo rasgo genético ocurre solo después de que se completa el ciclo de replicación (división) de la bacteria. Es en este momento cuando el heteroduplex se resuelve en dos moléculas de ADN bicatenarias completas y correctas, cada una de las cuales es heredada por una célula hija.
La comprensión de este mecanismo revolucionó la biología. Hoy en día, la transformación es el principal método de trabajo de la ingeniería genética, permitiendo crear artificialmente cepas de microorganismos con propiedades útiles predeterminadas.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Qué enzimas destruyen la segunda hebra de ADN en la membrana celular?
No existen nombres exactos de las enzimas que destruyen la segunda hebra de ADN en la membrana celular. Solo se ha descrito el hecho mismo de la degradación e hidrólisis de la segunda hebra en la superficie de la célula para proporcionar energía para el transporte de la primera hebra. Sin embargo, en el texto se mencionan enzimas que escinden el ADN dentro de la célula:
- Las endonucleasas son enzimas intracelulares que escinden el ADN, cuya acción es resistida con éxito por la hebra transformante gracias a su elevado peso molecular.
Para recordar fácilmente la esencia del heteroduplex, imagine una cremallera de chaqueta, donde una mitad proviene de una vieja chaqueta (la propia) y la segunda de una nueva (la ajena). Para que aparezcan dos cremalleras ideales, la célula debe «copiarlas» durante la división.
Preguntas de clases y exámenes
¿Ambas hebras del ADN donante penetran en la célula receptora?
No. Solo una hebra llega al citoplasma, mientras que la segunda se destruye en la membrana, proporcionando energía para la penetración de la primera.
¿Por qué es importante el ADN de alto peso molecular para la transformación?
Cuanto más larga es la hebra de ADN, mayores son las posibilidades de que no sea completamente escindida por las enzimas de defensa intracelulares (endonucleasas) antes del momento de su inserción.
¿Qué es la competencia bacteriana?
Es un estado fisiológico de la célula en el cual aparecen proteínas especiales en su membrana, capaces de unirse al ADN del medio externo y absorberlo.
Qué más repasar sobre el tema
- Recombinación genética en virus ARN y ADN
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