Karry B. MULLIS (Lenoir, NC, 1944) y Michael SMITH (Blackpool, UK , 1932 – Vancouver, 2000) compartieron el premio Nobel en 1993 “por su invento del método de la reacción en cadena de la polimerasa (RCP)” y “por sus contribuciones fundamentales al establecimiento de la mutagénesis directa basada en oligonucleótidos y su desarrollo para estudios de proteínas”. Respectivamente.

Karry MULLIS se doctoró en bioquímica (1966) dirigido por J.B.Neilands en Berkeley. El resto de su biografía es amor, viajes y cansancio de hablar del RCP. En su conferencia del premio Nobel, titulada, naturalmente, “La RCP”, confesó que sus héroes fueron Max Delbrück, premio Nobel de Medicina o Fisiología en 1969, que inspiró a Erwin Schrödinger su librito ‘¿Qué es la vida?’, y Richard Feynman, premio Nobel de Física en 1965. Se preguntó, ¿cómo inventé la RPC? Y dijo que después de sintetizar muchos oligonucleótidos para detectar mutaciones, se le ocurrió volviendo a casa en automóvil de noche ¡¡Eureka!! ¡Por Thor! Gritó. Paró el coche y calculó que 2 elevado a 20 superaba el millón. Era el año 1985. El método consiste en poner en contacto oligonucleótidos sintéticos con ADN en presencia de la enzima ADN polimerasa. Las hebras de ADN se separan al calentarlas y dos oligonucleótidos se unen a cada pareja de hebras en extremos opuestos y en los lugares adecuados de la molécula. En los puntos de contacto, la polimerasa añadida lee el código genético y liga las palabras de modo que se forman dos nuevas hebras de ADN. Estas nuevas hebras se pueden reduplicar. Si el proceso se repite entre 20 y 60 veces, se obtienen millones de copias del ADN en unas horas, ya que en cada etapa se duplica el número de copias. Poco después de conocerse el procedimiento empezaron a emplearse aparatos comerciales que funcionaban automáticamente y que se utilizaban, por ejemplo, para con muestras minúsculas reconocer genéticamente los padres de hijos ignorados, criminales que hayan dejado huellas genéticas, detectar el virus del SIDA, estudiar defectos genéticos antes del nacimiento o copiar el ADN de fósiles como en la novela ‘Parque Jurásico’. Al díscolo y peculiar Mullis le tocó el Nobel sólo ocho años después.

Michael SMITH se doctoró en la Universidad de Manchester en 1956. En ese mismo año obtuvo una beca posdoctoral para trabajar con el profesor H.G.Khorana (bioquímico, premio Nobel de Medicina o Fisiología en 1968, al que debía toda su carrera científica, dijo agradecido) en Vancouver. Allí se dedicó a la síntesis de oligonucleótidos, fragmentos de ADN. Después, ya ciudadano canadiense, hizo visitas sabáticas a distintas universidades, fue cofundador de una compañía biotecnológica y tuvo responsabilidades administrativas de alto nivel. En su lección del Nobel, titulada “ADN sintético y biología” exhibió una tabla con los pares de bases de los oligonucleótidos de varios organismos enumerados por orden de longitud creciente: virus, bacterias, hongos, plantas y animales. En ellos estudió la estabilidad a la temperatura y la especificidad. Y los utilizó para el aislamiento de genes, para secuenciar ADN de dos hebras, para definir con precisión los extremos del ARN mensajero y para, en fin, realizar la mutagénesis directa. Smith puso un ejemplo de su método: Sintetizamos un oligonucleótido con el ADN cambiado (sea una adenina por una guanina) y hacemos que se una a un ADN vírico en presencia de la enzima ADN polimerasa, obtendremos un ADN sintético con una palabra del código mutada que, al multiplicarse en bacterias, producirá proteínas mutadas con un aminoácido cambiado. Con este método, enfatizó Smith, se puede estudiar en detalle cómo funcionan las proteínas, qué determina su estructura tridimensional y cómo interaccionan. (De hecho, el método ha hecho cambiar el diseño de los experimentos a los investigadores, dijo). Asimismo, el método permite obtener proteínas con propiedades deseadas, por ejemplo, que sean más resistentes a los ácidos y al agua a temperaturas más altas. Actualmente, dijo Smith, se está intentando una hemoglobina para reemplazar a la sangre, anticuerpos que neutralicen a las células del cáncer, la curación de las enfermedades hereditarias, y plantas que utilicen con mayor eficiencia el CO2 en la fotosíntesis. Además, por si lo anterior sabía a poco, dijo que se está estudiando la estructura de las proteínas relacionadas con la formación de placas en la enfermedad de Alzheimer, la terapia para la fibrosis quística, el mecanismo de la hemofilia, de la neurotransmisión y de la inmunodeficiencia, los posibles procedimientos para mejorar la acción enzimática…Parece que el profesor Smith estaba contento.

Sidney ALTMAN (Montreal, 1939) y Thomas CECH (Chicago, 1947) compartieron el premio Nobel de Química en 1989 “por su descubrimiento de las propiedades catalíticas del ARN”.

Sidney ALTMAN estudió física y biofísica. En 1967 se doctoró en la Universidad de Colorado con una tesis dirigida por Leonard Lerman. En 1969 estuvo en el MRC Laboratory of Molecular Biology en Cambridge, Inglaterra, con S.Brenner y F.Crick, donde ayudó al descubrimiento de la enzima relacionada con el ARN ribonucleasa P (RNasa P). En 1971 fue profesor asistente en la Universidad de Yale y profesor en 1980. En su conferencia del Nobel, titulada “Clivaje enzimático de ARN por ARN”, explicó cómo se había producido la gran sorpresa: la secuencia

ADN <=====> ARN ——-> Proteína

que indica cómo la información genética se transmite mediante el ARN desde el ADN a las proteínas, que son las responsables de catalizar la construcción de las estructuras moleculares, no es una representación completa de lo que se considera el ‘dogma central de la biociencia’, porque el ARN, además de transmitir, tenía todas las propiedades de una verdadera enzima: se necesitaba en pequeñas cantidades y era estable durante la reacción. Altman, trabajando con una enzima constituida por ARN+proteína de la bacteria E.coli comprobó que al separarlas la enzima no catalizaba, luego el ARN era necesario para la catálisis. Además, demostró el mecanismo por el que la RNasa P catalizaba reacciones de clivaje (ruptura de enlaces y separación de fragmentos) en los enlaces fosfodiéster del ARN. Altman, en su discurso, exhibió una tabla en la que se detallaban las reacciones bioquímicas catalizadas por el ARN.

Thomas CECH se doctoró en 1975 en la Universidad de California Berkeley. Tras pasar por el MIT, en1983 fue profesor en la Universidad de Colorado, y en 1988 presidente del Howard Hughes Medical Institute. Cech fue el primero en demostrar que el ARN podía catalizar una reacción química. En su discurso de aceptación del Nobel, titulado “Autoempalme y actividad enzimática de una secuencia en la que interviene el ARN del Tetrahymena’’, mostró una microscopía electrónica del ADN recombinante del Tetrahymena thermophila, un protozoo ciliado de agua dulce, destacando las zonas de empalme y las de clivaje endonucleolítico. Cech demostró que el ARN podía autoempalmarse sin catálisis de proteínas. El proceso se desarrollaba mediante la intervención de un intrón, una secuencia de polinucleótidos dentro de un gen que no codifica e interrumpe a los exones, las secuencias que codifican. El intrón, denominado IVS (siglas de intervening sequence), es eliminado tras la interacción de una molécula de guanina con un grupo hidroxilo, uniéndose los extremos de los exones y quedando empalmado el ARN. Este proceso es crucial para la transcripción del mensaje genético.

Los descubrimientos de Cech y Altman dieron paso a varios temas de investigación: la posibilidad de obtener nuevos agentes terapéuticos que rompiesen el ARN de los virus, de crear nuevas enzimas ARN, de desarrollar plantas resistentes a los virus, de estudiar cómo empezó y se desarrolló la vida conociendo la información genética y catalítica del ARN de las células primigenias, etcétera. Cech se dedicó después a la investigación de los telómeros, estructuras que protegen los extremos de los cromosomas, y de la telomerasa, la enzima que copia y alarga las secuencias de los telómeros.

Johann DEISENHOFER (Zusmaltheim, Baviera, 1943), Hartmut MICHEL (Munich, 1948) y Robert HUBER (Luisburgo, 1937) compartieron el premio Nobel de Química en 1988 “por la determinación de la estructura tridimensional de un centro de reacción fotosintético”.

Hartmut MICHEL estudió bioquímica y se doctoró en 1977 con el estudio de la correlación de los niveles intracelulares de ADP y ATP con el gradiente de protones a través de la membrana de la célula de una holobacteria. Después intentó cristalizar las proteínas de la membrana de bacteriorodopsina y obtuvo cristales bidimensionales. Tras realizar estudios en el MRC de Cambridge sobre microscopía electrónica y rayos X con Richard Henderson (premio Nobel de Química en 2017) en 1980 consiguió cristales tridimensionales pero sin éxito final. En 1981, trabajando con Huber, consiguió aislar y cristalizar el centro de reacción fotosintético de una bacteria (el año más feliz de su vida, con el nacimiento, además, de su hija). En 1987 llegó a director del Instituto Max Planck de Francfurt.

Johann DEISENHOFER empezó a trabajar con Robert Huber en 1971. Obtuvo el doctorado en 1974 con la elucidación cristalográfica de la estructura del inhibidor de la tripsina pancreática bovina. Después trabajó en estructura de proteínas con cristalografía de rayos X y computadoras. En 1982 se empeñó en el estudio del centro de reacción (RC) aislado por Michel: en poco más de un año lograron establecer su estructura tridimensional. En 1988 se trasladó a EEUU como profesor de bioquímica de la Universidad de Texas.

Deisenhofer y Michel escribieron a medias la conferencia del Nobel, de cuarenta páginas, titulada “El centro de reacción fotosintético de la bacteria púrpura ‘Rhodopseudomonas Viridis”. Michel comenzó explicando las mejoras que fue introduciendo hasta conseguir unos perfectos cristales tetragonales del RC bacteriano. A continuación, Deisenhofer contó pormenorizadamente cómo habían determinado la estructura del RC por cristalografía de difracción de rayos X: reemplazando mediante compuestos con átomos pesados y utilizando los mejores programas de ordenador disponibles consiguieron calcular las fases (con una resolución de hasta 2,3 angstrom) y un mapa de la densidad electrónica. Las diversas fotografías que mostró (lamentablemente sin colores en el ejemplar consultado) denotaban que el RC está compuesto por dos subunidades proteínicas homólogas. Los grupos hemo del citocromo, esto es, los pigmentos donantes de electrones, están colocados en la interfase de las subunidades. Además de elucidar las secuencias de los aminoácidos de las subunidades de dos bacterias púrpura, las compararon con las secuencias de las proteínas de los cloroplastos de las espinacas. Los RC han cambiado, dijeron, pero los cambios sugieren una relación evolucionaria.

Robert HUBER se doctoró en 1963 con una tesis sobre estructuras cristalinas determinadas por difracción de rayos X. Después trabajó con enzimas proteolíticas y sus inhibidores, con inmunoglobulinas y sus fragmentos, de cuya estructura elucidó varios, y de las proteínas complementarias. En 1976 fue profesor en la Universidad Técnica de Munich y en 1980 empezó a estudiar las proteínas implicadas en la excitación de energía y en la transferencia de electrones en el centro de reacción fotosintético, estudios a los que unieron Michel y Deisenhofer. Para la experimentación de la cristalografía de proteínas elaboró varios programas de computadora. Su lección del Nobel, de 43 páginas, titulada “Una base estructural de la transferencia de energía luminosa y de electrones en Biología”, la dedicó a dar una visión de conjunto del mecanismo de la fotosíntesis en bacterias. En ella, comenzó anunciando que se había elucidado por cristalografía de rayos X la transferencia intramolecular de energía luminosa y de electrones, demostrando que tiene lugar mediante tres cofactores que son complejos proteínicos. En un primer paso, la luz es colectada por las ficobilisomas (FBS) de las cianobacterias (la ficocianobilina, grupo prostético cromóforo) y transfieren energía luminosa y electrones, en un segundo paso, al centro de reacción (RC). La transferencia de energía se realiza, en unos picosegundos, desde los componentes donantes activados del FBS hasta los receptores del RC que se encuentran en un estado de menor excitación: D* + R = D + R*. Los electrones se transfieren al sistema de pigmentos (receptores quinona) del RC, para lo que se requiere un solapamiento efectivo de orbitales moleculares y muy poca energía de activación. El tercer paso son las reacciones de reducción del oxígeno por los electrones, que tienen lugar en el RC mediante la acción catalítica de las oxidasas azules. En concreto, la enzima ascorbato oxidasa, dijo Huber, es un polipéptido con cobre compuesto por 553 residuos de aminoácidos que requiere cuatro electrones y cuatro protones para formar dos moléculas de agua en el proceso de reducción del oxígeno.

El equipo de los tres investigadores alemanes explicó así el mecanismo de la fotosíntesis bacteriana, que aunque es más sencilla que la de las plantas, incrementó el conocimiento del mecanismo y evidenció la enorme velocidad con que se producen las transferencias de energía y electrones en los sistemas biológicos.

Charles J. PEDERSEN (Corea, 1904 – Salem, NJ, 1989), Jean Marie LEHN (Rosheim, Francia, 1939) y Donald J. CRAM (Chester, VT, 1919 – Palm Desert, CA, 2001) compartieron el premio Nobel de Química en 1987 “por el desarrollo y empleo de moléculas con interacciones de gran selectividad específicas de su estructura”.

Charles J. PEDERSEN, hijo de marino noruego y japonesa, nació en Corea y se educó en inglés con marianistas en Yokohama. Estudió ingeniería química en la Universidad de Dayton y química orgánica en el MIT. Trabajó como químico en la empresa Du Pont Co. durante 42 años en Wilmington y Salem. Investigó en la química de la coordinación y, principalmente, en las propiedades catalíticas de los metales de transición. En 1967 descubrió los éteres corona, unas moléculas constituidas por un anillo flexible de átomos de carbono con átomos de oxígeno situados a intervalos regulares que atrapan átomos metálicos en el centro del anillo. En su lección del Nobel, titulada “El descubrimiento de los éteres corona”, explicó cómo obtuvo el dibenzo-18-corona-6, un anillo de 18 átomos que incluye dos bencenos y una corona de 6 átomos de oxígeno con enlaces éter, CH2-O-CH2, así como otros análogos: benzo-15-corona-5, dibenzo-21-corona-7, ambos de estructura plana, y el diciclohexil-24-corona-8 que no es plano. Los tamaños de los cuatro compuestos anteriores están comprendidos entre 17 y 43 angstroms. Pedersen añadió que se habían preparado hasta 60 moléculas diferentes formadas por entre 12 y 60 átomos en el anillo poliéter incluyendo de 4 a 10 átomos de oxígeno, y que algunas de ellas también contenían átomos de nitrógeno o azufre. Con el esqueleto hidrocarbonado orientado hacia el exterior y los oxígenos hacia el interior, los poliéteres complejan, en el centro del anillo, cationes de los metales alcalinos y alcalinotérreos, así como los de transición Cu I, Ag, Au, Zn, Cd, Hg II y La.

Jean Marie LEHN ya de adolescente montó en su casa un pequeño laboratorio. En 1963 se doctoró en química orgánica física en el ‘Centre National de la Research Scientiphique’. Durante un año trabajó con Woodward en Harvard participando en la síntesis de la vitamina B12 y estudió cuántica con Roald Hoffmann. En la Universidad de Estrasburgo utilizó para muchos procesos la Resonancia Magnética Nuclear y la computación cuántica ab initio. En 1967 observó que los antibióticos naturales eran capaces de hacer permeables las membranas a los cationes, quiso hacer moléculas que imitasen este comportamiento y diseñó los criptatos. Sus trabajos en este campo los expuso en su macrolección del Nobel (48 páginas y 193 citas, la más larga de la historia) titulada “Química supramolecular: ámbito y perspectivas. Moléculas. Supermoléculas. Ingenios moleculares”. Lehn definió la química supramolecular como la química que mediante el enlace intermolecular asocia las estructuras y funciones de dos o más especies químicas. El reconocimiento entre especies para formar enlaces receptor-sustrato puede ser esférico, tetraédrico o lineal, sean de la misma clase, metálicos, anfifílicos o aniónicos, dijo. Con estas bases, Lehn sintetizó una serie de supermoléculas que cumpliesen diferentes funciones. Unas en las que la catálisis supramolecular se efectúe mediante reacciones de clivaje o de formación de enlaces. Otras en las que moléculas receptoras lipofílicas actúen en procesos de transporte con gradientes de pH, redox o lumínico. Lehn distinguió dos clases de moléculas: los receptores internos, con cavidades mediante las cuales interaccionan, y los exorreceptores, que interaccionan con los sustratos en superficie. A estos los llamó metalonucleatos. De las supermoléculas, Lehn pasó a la definición de los conjuntos polimoleculares. En ellos, los reconocimientos, transferencias y transformaciones se realizan a través de fotones, electrones o iones, lo que supone la introducción de receptores fotoactivos, o de cadenas poliolefínicas para la transferencia de electrones en los procesos redox, o de receptores macrocíclicos para los canales iónicos. Esta ingeniería molecular y supramolecular abre perspectivas hacia la realización de ingenios moleculares que podrían llevar a cabo operaciones de reconocimiento, reacción y transferencia de información a nivel molecular, concluyó.

Donald j. CRAM, tras una infancia narrada al estilo Tom Sawyer, reconoció que, después, la investigación científica fue su dios. Se doctoró en Harvard al acabar la Segunda Guerra Mundial y en 1947 ingresó en la Universidad de California, Los Ángeles. En su conferencia del Nobel, titulada “El diseño de anfitrión-invitados y sus complejos” empezó diciendo que las publicaciones de Pedersen y Lehn demostraron las oportunidades que ofrecían la química de los complejos, por lo que pensaron que con moléculas relativamente sencillas tipo sandwich podían simular a las enzimas. Los complejos están formados por un anfitrión y un invitado unidos por muchos lugares al igual que el receptor y el donante en la química biológica. Cram y sus colaboradores trabajaron con estructuras de corona (Pedersen), de cripta (Lehn) y otras en forma de percha, nido y cápsula. Distinguieron también modelos preorganizados de sistemas ligandos (‘spherands’) y sus complejos de metales alcalinos u otros (‘spheraplexes’). Además, como el reconocimiento de la quiralidad es fundamental en el campo biótico, sintetizaron un anfitrión enantioméricamente puro para distinguir enantiómeros en la formación de complejos de aminoácidos y ésteres. Para la síntesis de imitadores de enzimas tomaron como modelo la transacilasa, enzima que opera en la biosíntesis de ácidos grasos con un mecanismo de acción conocido. Demostraron que las síntesis eran posibles si los complejos imitadores podían actuar en una amplia gama de velocidades de reacción y tenían sensibilidad para la inhibición competitiva. Cram llamó ‘cavitands’ (cavitandos) a los imitadores sintéticos que contienen superficies cóncavas (cavidades) de dimensiones moleculares a las que convergen grupos funcionales que ligan sustratos y catalizan; y ‘carcerands’ (carceleros) a las celdas moleculares de las que el invitado no puede escapar.

Herbert A. HAUPTMAN (Nueva York, 1917 – Buffalo, NY, 2011) y Jerome KARLE (Nueva York, 1818 – 2013) compartieron el premio Nobel de Química en 1985 “por sus extraordinarios logros en el desarrollo de métodos directos para la determinación de estructuras cristalinas”.

HAUPTMAN comenzó su relación con Karle en el Naval Research Laboratory de Washington en 1947. Sus estudios en matemáticas se complementaron con la preparación de Karle en química física y hacia 1953 fueron capaces de desarrollar un sistema de ecuaciones con las que, a partir de las medidas de intensidad de los rayos X, era posible determinar las estructuras moleculares. En su conferencia del Nobel, titulada “Métodos directos y dispersión anómala”, Hauptman informó del progreso de sus investigaciones. Comenzó diciendo que, en un diagrama de rayos X de una sustancia cristalina, la densidad electrónica determina el patrón de difracción, es decir, las magnitudes y las fases de los máximos de difracción. Estos datos son en general suficientes, sabiendo que el cristal está compuesto de átomos discretos cuyos números atómicos se conocen, para determinar las estructuras cristalinas. En el caso de un cristal centro simétrico o de cristales que posean otros elementos de simetría, dijo, se debe fijar en ellos el origen e introducir distribuciones de probabilidad de diversos factores de estructura para la determinación de las fases. A las combinaciones lineales de las fases las llamaron ‘invariantes’ y ‘semi-invariantes’ de estructura, que sirvieron para conectar las intensidades de difracción observadas con las fases necesarias de los factores de estructura. Hauptman explicó cómo se podían calcular las distribuciones de probabilidad teniendo en cuenta el entorno de vecindad. Y enunció el principio fundamental de la determinación de estructuras por métodos directos: el conjunto de los cosenos de las semi-invariantes conduce a los valores de las fases individuales. En 1954 se doctoró en la Universidad de Maryland con una tesis puramente matemática: “Un algoritmo euclidiano n – dimensional”. Hacia 1980, cuando trabajaba en el Medical Foundation of Buffalo (que después llevaría su nombre), Hauptman inició el sistema de combinar los métodos directos con la dispersión anómala en un intento de facilitar la solución de las estructuras de los cristales macromoleculares, demostrando que la presencia de uno o dos dispersores anómalos facilita la solución del problema de las fases.

Jerome KARLE se doctoró en 1944 en la Universidad de Michigan, donde dedujo una teoría sobre los patrones de difracción de electrones en las monocapas orientadas de hidrocarburos de cadena larga. En 1946, él y su esposa Isabella entraron en el Naval Research Laboratory, donde se les unió Hauptman. En su conferencia del Nobel, titulada “Recuperando información de fases a partir de los datos de intensidad”, explicó que en un cristal las unidades atómicas o moleculares están dispuestas de modo que presentan periodicidad tridimensional. Por ello, es posible describir estos ordenamientos con series de Fourier que representen la estructura cristalina mediante la distribución de la densidad electrónica en el cristal. Esto es equivalente, dijo, a situar la posición de los átomos en las regiones con mayor densidad electrónica. La técnica experimental empleada es la difracción de rayos X, con la que se obtiene un patrón de dispersión diferente para cada sustancia cristalina. Los coeficientes de las series de Fourier son números complejos y las fases de dichos números no son fácilmente asequibles, enfatizó: son necesarias varias etapas matemáticas para establecer relaciones entre fases y magnitudes y entre fases solas y, finalmente, desarrollar procedimientos prácticos para la determinación de las estructuras. Karle empleó varias fórmulas para la determinación de la fase en cristales centro-simétricos y no centro-simétricos; en éstos, que son mayoría, se requirió la teoría de invariantes y semi-invariantes. Además, utilizó cuidadosamente las medidas de probabilidad en cada etapa de una determinación de fase. La determinación práctica de las estructuras fue laboriosamente ejecutada por Isabella Kale. Entonces, dijo su marido, no existían los potentes ordenadores actuales ni los rayos X generados por sincrotrón. A continuación, Karle enumeró en su conferencia las múltiples aplicaciones que se derivan del conocimiento de las estructuras: la relación con su función en metales, minerales, macromoléculas y virus, con sus propiedades físicas, químicas y biológicas, con las síntesis y los mecanismos de reacción…Y prosiguió exponiendo algunas complejas estructuras por ellos elucidadas: los cuatro confórmeros del ciclo-hexaglicil, el dihidrato de L-arginina, la estéreo configuración de los alcaloides batracotoxina e histrionicotoxina, etcétera, recordando la importancia que han tenido estos métodos en el conocimiento de vitaminas, antibióticos y hormonas.

Paul BERG (Nueva York, 1926) obtuvo la mitad del premio Nobel de Química en 1980 “por sus estudios fundamentales de la bioquímica de los ácidos nucleicos, especialmente del ADN recombinante”. Walter GILBERT (Boston, 1932) y Frederick SANGER (Redcombe, UK, 1818 – Cambridge, UK, 2013) compartieron la mitad del mismo premio “por sus contribuciones a la determinación de la secuencia de bases en los ácidos nucleicos”.

Paul BERG estudió bioquímica y sirvió como piloto de caza submarinos en la Segunda Guerra Mundial. Se doctoró en 1952 con una tesis sobre el metabolismo C1 en el que actúan como cofactores las vitaminas B12 y B9 (ácido fólico). Estudió en Copenhague con H.Kalckar. Trabajando con A.Kornberg (premio Nobel de Medicina o Fisiología con Severo Ochoa en 1959) descubrieron una nueva enzima de activación, la sintetasa específica, que forma aminoacil adenilatos con los aminoácidos; estos compuestos se unen al ARN de transferencia dando aminoacil–ARNt, que es el intermediario activado en la síntesis de proteínas. Así, Berg se encontró haciendo la transición de la bioquímica clásica a la biología molecular, preocupándose por cómo actúan los genes y cómo se forman las proteínas.

En su lección de aceptación del Nobel, titulada “Disecciones y reconstrucciones de genes y cromosomas” Berg relató su trabajo con Renato Dulbecco (premio Nobel de Medicina o Fisiología en 1975) en el Salk Institute con los virus tumorales de los simios SV40. El genoma del virus reside en una molécula de ADN circular con 5-8 genes y contiene 5243 pares de nucleótidos. Después, Berg y sus colaboradores consiguieron insertar ‘in vitro’ el ADN de un plásmido bacteriano en el ADN del SV40. Para ello, tuvieron que convertir en lineales las moléculas circulares extracromosómicas del plásmido, quitarles nucleótidos y añadirles ‘colas’ capaces de formar enlaces covalentes. De esta manera crearon la primera molécula de ADN ‘fabricada’ con partes de organismos diferentes, un ADN híbrido que fue conocido con el nombre de ADN recombinante. Había nacido, en 1972, la ingeniería genética, que podría, dijo Berg, dar paso a una nueva medicina: por ejemplo, a la sustitución de genes defectuosos por normales; pero para la terapia génica, insistió, se necesita un mayor conocimiento de cómo están organizados los genes, cómo funcionan y cómo son regulados, para lo que se precisa la colaboración de especialistas de áreas diversas. No obstante, uno de los primeros resultados prácticos de la tecnología recombinante fue el desarrollo de una cepa de bacterias que contenían un gen capaz de producir insulina, la hormona de los mamíferos.

Walter GILBERT se doctoró en 1957 en la Universidad de Cambridge con una tesis sobre la dispersión de partículas elementales dirigida por Abdus Salam, premio Nobel de Física en 1979. Tras ser profesor asistente de física teórica se cambió a la investigación experimental en biología molecular. Trabajó con James Watson (premio Nobel de Medicina o Fisiología en 1962) en la identificación del ARN mensajero, una copia de vida corta de un gen del ADN que lleva información del genoma a los ribosomas, la fábrica de las proteínas. Tras ser usado unas pocas veces, el ARNm se rompe y se recicla en otros ARN. Gilbert, según sus propias palabras, demostró que una sola molécula mensajera servía a muchos ribosomas y que la cadena creciente de polipéptido permanecía siempre unida al ARN de transferencia. Así se efectuaba la síntesis de las proteínas: la cadena se transfiere de un ARNt a otro a medida que crece según la orden dictada por el ARNm, orden que a su vez procede del código genético del ADN.

Gilbert, en su conferencia del Nobel titulada “Secuenciación del ADN y estructura de los genes”, señaló que, con Müller Hill, aislaron el represor lactosa, una proteína producida por un gen en cantidades mínimas, por lo que es difícil de identificar, caracterizar y purificar. La función del represor ‘lac’ consiste en controlar un segundo gen, desenchufándolo si su producto no se necesita; parece ser que esto lo consigue uniéndose al gen operador alineándose con él en virtud de su forma alargada. Así, el ‘lac’ actúa como represor del operón de la lactosa, que es el conjunto de genes (regulador –lac-, operador y estructurales) que metabolizan la lactosa. Gilbert aisló el fragmento de ADN al que se une el represor, lo cual fue el principio del estudio del genoma: éste puede ser descrito estableciendo el orden en que están colocados los nucleótidos (formados por pentosa-base nitrogenada-grupo fosfato) que constituyen la molécula de ADN. En 1976, Maxam y Gilbert desarrollaron un método para secuenciar rápidamente el orden de los nucleótidos. Para ello, empleando el represor, marcaron con el radioisótopo fósforo 32 el extremo de una de las hebras de ADN, trataron los nucleótidos con reacciones químicas específicas para cada una de las bases nitrogenadas, separaron los productos de las cuatro bases mediante electroforesis en gel de poliacrilamida, y dedujeron la secuencia a partir del patrón de las bandas radiactivas obtenidas. Además de estos logros, Gilbert también hizo una primera propuesta de la estructura de los genes, diferenciando los exones, una región del gen que codifica proteínas a través del ARNm, de los intrones, largas cadenas del ADN que no codifican y que separan unos exones de otros.

Frederick SANGER manifestó que secuenciar ácidos nucleicos es parecido a hacerlo con proteínas, trabajo que realizó con éxito en 1943 y que le valió su primer premio Nobel de Química en 1958. En 1962 se trasladó al Laboratorio de Biología Molecular de Cambridge donde estaban Perutz, Crick, Kendrew, H.E.Huxley, Klug y los ácidos nucleicos. En 1977 desarrolló el método de secuenciación enzimática, que expuso en su conferencia del Nobel titulada “Determinación de las secuencias de nucleótidos en el ADN”. Empezó trabajando con el ADN de una sola hebra de un bacteriófago y con un oligonucleótido sencillo (ON) capaz de hibridarse con una región del ADN. El ON se emplea como sustrato de la enzima ADN polimerasa, que va añadiendo mononucleótidos a la cadena y copia el ADN. Sanger, en su discurso, mostró el mapa genético del primer ADN completamente secuenciado: el de un bacteriófago con 5386 nucleótidos. También exhibió un mapa de los genes del ADNt mitocondrial de doble hebra identificando los que codifican proteínas. El método Sanger ha servido de base para la secuenciación automática que se emplea en la actualidad.

Sir Aaron KLUG (Lituania, 1926) recibió el premio Nobel de Química en 1982 “por el desarrollo de la microscopía electrónica y la dilucidación estructural de los complejos biológicamente importantes ácido nucleico-proteína”. Nació en Lituania, pero creció en Durban (Sudáfrica) y estudió en la Universidad de Ciudad del Cabo, especialmente rayos X, cristalografía, cuántica y análisis de Fourier. Obtuvo una beca para el laboratorio Cavendish, en Cambridge, RU, donde se doctoró con una tesis sobre el flujo de calor en las transiciones de fase en aleaciones, dirigida por el físico matemático D.R.Hartree. Después, con F.J.W.Roughton, estudió la difusión del oxígeno en los glóbulos rojos y calculó la constante de velocidad de la reacción del O2 con la hemoglobina. Tras pasar por el Birkberck College, donde trabajó con Rosalind Franklin, Donald Caspar y Francis Crick, entró, en 1962, en el MRC Laboratory of Molecular Biology, Cambridge, UK, donde investigaban otros grandes de la biología molecular estructural, esa ciencia que trata de describir la maquinaria biológica en detalle molecular, es decir, químico.

El microscopio electrónico de transmisión fue construido por Knoll y Ruska en 1933 y seis años después el propio Knoll (quizá con la ayuda de von Arpenue) construyó el microscopio de barrido. Klug, como relató en su conferencia del Nobel titulada “De las macromoléculas a los montajes biológicos”, puso en funcionamiento un combinado de ambos sistemas microscópicos que contaba con reconstrucción tridimensional de imagen, la cual permite pasar de una imagen 2D a otra 3D; por ejemplo, se pueden separar las contribuciones de dos capas cristalinas que se solapan mediante análisis de Fourier. Klug utilizó su ‘sistema de microscopía electrónica cristalográfica o de Fourier’, como él la denominaba porque estaba suplementada con análisis de rayos X, para el estudio de los virus, recordando que fue Rosalind Franklin quien le introdujo en el tema. (Si no hubiese fallecido quizá estuviese dando esta conferencia en mi lugar, dijo). Klug estudió el virus del mosaico del tabaco (VMT) deduciendo su forma cilíndrica y su tamaño (3000 angstrom de longitud, 180 de diámetro y 40 millones de dalton de masa). La cubierta consta de 2130 subunidades de proteínas idénticas empaquetadas en disposición helicoidal alrededor de una molécula de ARN de un solo filamento constituido por 6390 nucleótidos. Además, mostró una tabla mostrando las muchas publicaciones que se habían hecho en el laboratorio MRC: virus helicoidales, virus icosaedros y los fagos T2 y T4. También estudió Klug otros complejos diferentes de los virus: el ARNt y la cromatina. Dedujo que el ARNt tiene una estructura tridimensional en forma de L, con dos segmentos de doble hélice perpendiculares entre sí. Con respecto a la cromatina, partió de la base de que el nucleosoma, que consta de un octámero formado por dos moléculas de las cuatro histonas (proteínas), es la unidad fundamental. La molécula de ADN se enrolla en torno al nucleosoma y otra histona, la H1, se sitúa en las zonas donde se une y donde sale el ADN y las estabiliza. Cada nucleosoma se conecta al siguiente mediante un fragmento de ADN y forma una cadena, que se enrolla y pliega dando lugar a una fibra de cromatina. Esta se compacta para formar los brazos del cromosoma. Y Sir Aaron, judío practicante, siguió investigando.