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.