Buenas ammucurios@s hoy vamos a resolver una duda que quizás no te habías planteado pero…¿Sabías que… los genes pueden “saltar” dentro de nuestro ADN? Esta intrigante idea fue descubierta por la científica Barbara McClintock, quien cambió para siempre nuestra comprensión de la genética. Aunque sus revolucionarios hallazgos fueron ignorados durante años, su descubrimiento de los “genes saltarines” o transposones no solo desafió las teorías de su tiempo, sino que también abrió nuevas puertas en la biología molecular (que podéis revisar aquí algunosconceptos) y la genética (que podéis revisar otros conceptos por aquí). En este artículo, exploramos la vida y legado de una mujer cuyo trabajo ha dejado una huella indeleble en la ciencia moderna. ¡VAMOS!
Imagen 1. Barbara McClintock en el laboratorio. Imagen extraída de: https://es.wikipedia.org/wiki/Barbara_McClintock#/media/Archivo:Barbara_McClintock_(1902-1992)_shown_in_her_laboratory_in_1947.jpg
¿Quién fue Barbara McClintock?
Barbara McClintock nacida en
Hartford, Estados Unidos, 16 de junio de 1902 y que dejo este mundo en
Huntington, Estados Unidos, 3 de septiembre de 1992 (año en que nació Ammu, así
como dato random). Barbara fue una
científica estadounidense especializada en citogenética que
obtuvo el premio Nobel de Medicina o Fisiología.
Biografía
Barbara McClintock nació en Hartford, Connecticut.
Aunque inicialmente fue inscrita como Eleanor, se modificó el registro a los
cuatro meses de edad efectuando el cambio de nombre por el que fue conocida,
Barbara. Fue la tercera hija del médico Thomas Henry McClintock y de Sara Handy
McClintock. Desde que tenía tres años y hasta que comenzó a asistir al colegio,
McClintock vivió con sus tíos en Brooklyn, Nueva York, a fin de ayudar
económicamente a su familia mientras el padre establecía su consultorio.
Completó su educación secundaria en el Erasmus Hall
High School de Brooklyn. Puesto que ya mostraba interés por la Ciencia,
decidió continuar sus estudios en la Universidad Cornell. Su madre, sin
embargo, se oponía a que sus hijas recibieran una educación superior, ya que
opinaba que esto perjudicaba sus opciones de contraer matrimonio, vamos el
típico momento novela de la época.
Además, la familia continuaba con problemas económicos.
Pero, Barbara una mujer inteligente y de recursos sabía que gozaba de exención
de pago de matrícula en la Escuela de Agricultura Cornell, y tras terminar la
educación secundaria, compaginó un trabajo en una oficina de empleo con la
formación autodidacta derivada del uso de la biblioteca pública. En efecto, si
una persona quiere puede aprender, no todo es formación académica en esta vida.
Quizás hoy nos parezca fácil y obvio, pero en la época de Barbara era más raro.
Por un lado, debido a la intervención de su padre, comenzó a
asistir a Cornell en 1919. Allí su éxito no solo sería académico sino también
social, siendo elegida presidenta de una asociación estudiantil en su primer
curso.
Investigación
Por otro lado, McClintock comenzó a estudiar botánica
(1919), obteniendo un título de Bachelor of Science (BSc) en 1923 en
la Escuela de Agricultura Cornell. Su interés por
la Genética despertó en 1921 durante el primer curso de esa materia.
En este momento de la historia, la genética estaba muy enfocada en
la mejora vegetal. Fue el genetista C. B. Hutchison, quien viendo el
interés de Barbara en la materia la invitó a participar en el curso de Genética
para graduados en 1922. En palabras de McClintock, esa invitación marcó un
antes y un después tras el cual nunca se alejaría de la Genética. Aunque se ha
dicho que las mujeres no obtenían títulos en esta disciplina en Cornell (de
hecho, ella obtuvo su MA o posgrado y PhD o doctorado en Botánica en los años 1925
y 1927, respectivamente). Además, aunque pocas, había más estudiantes femeninas
coetáneas de McClintock que se graduaron en Mejora Vegetal en aquella
época.
McClintock se doctoró en Botánica en
1927 por la Universidad Cornell, donde posteriormente lideró el grupo de
citogenética del maíz. Tanto en sus estudios de grado como en su trabajo
de profesora de botánica posgraduada, trabajó este nuevo campo de
la citogenética del maíz. Por ello, su grupo era una mezcla
de mejoradores vegetales y citólogos, y estaba constituido
por Charles R. Burnham, Marcus Rhoades, George Wells
Beadle (premio Nobel en 1958 por su trabajo sobre los genes que controlan
el metabolismo, por cierto) y Harriet Creighton. Rollins Adams Emerson, el jefe del departamento,
apoyó su trabajo, si bien no era citólogo.
Imagen 2. Barbara McClintock con una mazorca de maíz. Imagen extraída de: https://es.wikipedia.org/wiki/Barbara_McClintock#/media/Archivo:McClintock.jpg
Barbara desarrolló técnicas para visualizar y caracterizar
cromosomas de maíz. Este trabajo influenció a toda una generación de
estudiantes, y se incluyó en la mayoría de los libros de texto. Entre sus
investigaciones desarrolló una tinción con carmín para la mencionada
visualización de cromosomas mediante microscopía óptica, mostrando por
primera vez la morfología de los diez cromosomas del maíz.
Aquí, se viene lo bueno, porque resulta que estudiando dicha
morfología, fue capaz de relacionar caracteres que
se heredaban conjuntamente con segmentos cromosómicos (es decir, el
principio del análisis del ligamiento). Marcus Rhoades indicó que el
artículo de McClintock de 1929 en la revista científica Genetics, que
versaba sobre la triploidía de los cromosomas de maíz, contenía 10 de
los 17 avances científicos de mayor importancia realizados en Cornell durante
los años 1929-1935. Lo cual es completamente cierto. Por cierto, la triploidía
es una anomalía cromosómica en la que existe un juego adicional de cromosomas,
lo que supone un total de 3 juegos de cromosomas, estos casos normalmente no
llegan a termino en los animales porque la formación del bebé durante el
embarazo no permite que se lleve a término.
En 1930 fue la primera persona en describir los
entrecruzamientos que se producen entre cromosomas homólogos durante
la meiosis, que podéis ver en este video del canal
de Ammu. Junto con su estudiante predoctoral, Harriet Creighton,
probó en 1931 que existe una relación entre este entrecruzamiento
cromosómico meiótico y la recombinación de caracteres heredables en un
organismo, ¡toma ya!
Además, observaron que la recombinación de cromosomas y el
fenotipo resultante daban lugar a la herencia de un nuevo carácter. Antes de este descubrimiento,
se postulaba que la recombinación genética podría ocurrir durante la
meiosis, pero esta evidencia científica lo confirmo (mucho mejor que Miami nos
lo confirmo eh 😉). En
1931 Barbara publicó el orden de tres genes del cromosoma 9 de maíz mediante
la cartografía genética resultante del entendimiento del mecanismo
del ligamiento y entrecruzamiento, en lo cual como os imagináis fue pionera.
En 1933, realizó un estudio citogenético
del centrómero, ese puente que une los dos brazos de los cromosomas,
mostrando su organización y función. Pero tranquilos, que sigue haciendo cosas
Barbara para dejarnos boquiabiertos, McClintock continuó con la línea de la
mutagénesis mediante rayos X. Observó que los cromosomas se rompían y
fusionaban en estas condiciones, pero que también lo hacían espontáneamente en
células del endosperma. También, gracias a ella se evidenció que durante
la mitosis (que podéis ver aquí), describió
cómo los extremos de las cromátidas rotas se unían después de
la replicación del ADN. En efecto, y concretamente, durante
la anafase los cromosomas rotos formaban un puente cromatídico, que a
su vez desaparecía cuando las cromátidas se movían hacia los polos de las
células en esta división. Estas rupturas desaparecían dando lugar a uniones,
durante la interfase de la siguiente mitosis, repitiéndose el ciclo y
causando mutaciones masivas, lo que conducía a la aparición
de endospermo variegado.
Este ciclo de ruptura, fusión y formación de puentes
cromosómicos se consideró un descubrimiento crucial, y tu dirás ¿Por qué?
Pues, te lo cuento, en primer lugar, porque mostró que la unión de cromosomas
no era un proceso aleatorio. Y en segundo lugar, porque detectó un mecanismo
para la producción de mutaciones a gran escala. Por todo ello, este mecanismo
es objeto de intenso estudio en la investigación del cáncer. Seguro que
ahora ya entiendes porque es tan importante.
No obstante, no todo era color de Rosa a Barbara la dejaban
fuera de reuniones y la menospreciaban, por eso, y tras varias amenazas con
despedirla en 1940 escribió a Charles Burnham diciéndole que «he
decidido que debo buscar otro trabajo. No hay nada para mí aquí. Soy una
profesora asociada que cobra 3.000 dólares y estoy segura de que éste es mi
límite en este lugar».
En 1941 recibió una invitación del director del Departamento
de Genética del Laboratorio Cold Spring Harbor para pasar el verano
allí. Aceptó dicha invitación como una forma de buscar un puesto de trabajo en
un lugar distinto a Misuri. También aceptó el puesto de profesor visitante en
la Universidad de Columbia, donde su colega procedente de Cornell Marcus
Rhoades era profesor. Este le ofreció compartir su línea de investigación en el
Cold Spring Harbor de Long Island. Este mismo año le ofrecieron un puesto en el
Laboratorio Cold Spring Harbor perteneciente al Departamento de Genética
de la Institución Carnegie de Washington, que aceptó.
Tras trabajar un año a tiempo parcial, McClintock aceptó un
puesto de investigadora a tiempo completo en el laboratorio de Cold Spring
Harbor. En él continuó su trabajo sobre el ciclo de «ruptura-fusión-puente»,
siendo extraordinariamente productiva en publicaciones científicas. Por ello,
en 1944 fue reconocida como académica en la Academia Nacional de Ciencias
de Estados Unidos, siendo
así la tercera mujer en ser elegida. Un año después sería nombrada presidente
de la Genetics Society of America, cargo desempeñado anteriormente por
varones, siendo pionera como mujer. Por sugerencia de George Beadle, en 1944
realizó un análisis citogenético en el hongo Neurospora crassa; en
este hongo Beadle había demostrado la relación gen-enzima por primera vez.
Dicho estudio se realizó en la Universidad Stanford, y en él Barbara
determinó el cariotipo del hongo así como su ciclo vital. Desde
entonces, N. crassa es un organismo modelo en
estudios genéticos. Punto más para Barbara por si no nos parecía suficiente.
Descubrimiento de elementos reguladores
A estas alturas Barbara McClintock ya nos ha sorprendido
pero es que hizo más cosas aún se empleó el verano de 1944 en el laboratorio de
Cold Spring Harbor en dilucidar el mecanismo subyacente al fenómeno
del mosaico genético, generador de pautas de color en semillas de maíz, y
su herencia genética. Así, describió dos loci (ver glosario genética) que denominó Dissociator (Ds)
y Activator (Ac). Ds no solo estaba
relacionado con la ruptura cromosómica, sino que afectaba a la actividad de
genes cercanos cuando Ac estaba también presente, esta
relación es crucial conocerla para lo que viene después. En 1948, descubrió que
ambos loci eran elementos transponibles que podían, por tanto,
cambiar su posición en el cromosoma.
Estudió los efectos de la transposición de Ac y Ds analizando
las pautas de coloración en los núcleos del maíz a lo largo de generaciones,
interviniendo en los cruzamientos, y describió la relación entre los dos loci mediante
análisis de microscopía. Su conclusión fue que Ac controlaba
la transposición de Ds del cromosoma 9, y que dicho movimiento
era causa de la ruptura del cromosoma. Cuando Ds se mueve, el
gen que determina el color de la aleurona se expresa puesto que
pierde el efecto represor de Ds, lo que conduce a la aparición de
color. Dicha transposición es aleatoria, lo que significa que afecta a unas
células sí y a otras no; esto provoca la aparición de un mosaico en la
infrutescencia, es decir, que aparezcan manchas en vez de ser de un solo color.
Barbara también determinó que la transposición de Ds está
determinada por el número de copias de Ac.
Imagen 3. La relación de Ac/Ds en el control de los elementos y mosaico
de color del maíz. La semilla en 10 es incolora, donde Ac no está
presente y Ds inhibe la síntesis de los pigmentos coloreados
denominados antocianinas. Del 11 al 13, las semillas poseen una copia
de Ac. Ds puede inhibir parcialmente la producción de los
pigmentos, lo que provoca la aparición de una pauta en mosaico. En el núcleo
del panel 14 hay dos elementos Ac y en 15, tres. Imagen extraída de: https://es.wikipedia.org/wiki/Barbara_McClintock#/media/Archivo:Corn_mosaic.jpg
Entre los años 1948 y 1959, desarrolló una hipótesis que
explicaba cómo los elementos transponibles regulan la acción de los genes
inhibiendo o modulándolos. De este modo, definió a Ds y Ac como unidades
de control, o elementos reguladores, para separarlos claramente
de los genes. Así, hipotetizó que la regulación génica puede explicar
cómo los organismos multicelulares pueden diversificar las características de
cada célula, aun cuando su genoma sea idéntico. Para este momento histórico la
gente estallaba la cabeza con esta idea, pero, esta aproximación, tan novedosa,
cambió el concepto del genoma, que hasta entonces era interpretado como un
conjunto de instrucciones estático que pasaba a través de las generaciones.
Su trabajo sobre la regulación génica y los elementos de
control era conceptualmente complejo y novedoso, por lo que sus contemporáneos
mostraron cierto recelo a sus descubrimientos. Ella misma describió esa
respuesta como de «perplejidad e incluso hostilidad», pero no pasa
nada, porque de cualquier manera, Barbara continuó con la línea de
investigación. A partir de 1950, realizó multitud de ponencias sobre sus
resultados, que publicó en 1953 en la revista Genetics. Más adelante, identificó un
nuevo elemento regulador denominado «Suppressor-mutator» (Spm),
que, si bien era parecido a Ac/Ds, tenía un funcionamiento más
complejo. No obstante, la reacción de la comunidad científica y la percepción
de McClintock de estar alienándose de la corriente científica principal de sus contemporáneos
hizo que decidiera dejar de publicar sus resultados sobre este tema, lo cual es
una pena.
Barbara McClintock se jubiló oficialmente de su puesto en la
Carnegie Institution en 1967, siendo nombrada miembro distinguido de esta
entidad. Esta distinción le permitió continuar trabajando como científico
emérito en el Laboratorio Cold Spring Harbor con sus colegas y estudiantes
graduados. De hecho, permaneció afiliada al laboratorio hasta su muerte.
Respecto de su decisión de no continuar con la publicación de sus hallazgos
sobre los elementos reguladores, escribió en 1973 que:
A lo largo de los años he descubierto que es difícil, si no
imposible, hacer que otra persona sea consciente de sus suposiciones tácitas
si, a través de mis experiencias, yo lo he sido. Esto se hizo dolorosamente
evidente en la década de los 1950 cuando intenté convencer a mis colegas de que
la acción de los genes tenía que estar y estaba controlada. Hoy día es
igualmente doloroso reconocer la inmovilidad de las suposiciones que otras
personas mantenían respecto de los elementos reguladores en el maíz y su modo
de acción. Uno debe esperar al momento idóneo para un cambio conceptual.
La importancia del trabajo de McClintock solo se valoró en
su plenitud cuando en la década de los sesenta los genetistas
franceses François Jacob y Jacques Monod llegaron a
conclusiones semejantes trabajando con el operón lac, publicados estos resultados en 1961.
Barbara McClintock escribió un artículo en American Naturalist aprovechando
el momento y comparando el funcionamiento del operón lac con
el sistema Ac/Ds del maíz. De hecho, los libros de texto de
Genética no reconocen aún sus contribuciones sobre la regulación genética, aún
hoy en día, al menos algunos.
Barbara fue ampliamente reconocida por su descubrimiento de
la transposición cuando este proceso fue descrito por otros autores en
bacterias y levaduras a finales de los sesenta y principios de los setenta. En
esta época, las herramientas de biología molecular permitían dilucidar la base
molecular del proceso, aunque en los años 1970, se clonó Ac y Ds,
mostrándose que eran transposones de clase II. Es más, el Ac es
un transposón completo, que codifica en su secuencia
una transposasa funcional, lo que permite el movimiento del elemento
a través del genoma. Mientras el Ds, en cambio, codifica una
versión mutada de la transposasa, no funcional, por lo que requiere de la
presencia de Ac para poder saltar en el
genoma, coincidiendo con la descripción funcional que describió Barbara.
Finalmente, Spm también es un transposón, que en estudios
posteriores demostraron que estas secuencias no se mueven si las células no
están sufriendo un estrés, como la ruptura por irradiación u otros. Por todo
ello, su activación podría proporcionar
una fuente evolutiva de variabilidad, así lo entendió Barbara como su papel
como agentes evolutivos antes de que otros científicos lo sospecharan. Hoy día,
el sistema Ac/Ds se emplea como herramienta
de mutagénesis en plantas para caracterizar genes de función
desconocida, como organismo modelo,
incluso en especies distintas al maíz.
Reconocimientos y legado
En 1957, McClintock obtuvo financiación procedente de
la National Science Foundation y de la Fundación
Rockefeller para estudiar el maíz de Sudamérica, una región que
cuenta con una rica diversidad de especies y que por lo tanto le permitiría
estudiar su evolución biológica. Para este fin empleó varias razas,
de las que describió características evolutivas, cromosómicas y morfológicas.
Desde 1962, supervisó el trabajo de cuatro científicos que trabajaban con
variedades sudamericanas en la Universidad de North Carolina State en Raleigh.
Dos de estos becarios, Almiro Blumenschein y T. Angel Kato,
mantuvieron la línea de investigación en Sudamérica hasta los años 1970. En
1981 (tras veinte años de trabajo), Blumcschein, Kato y McClintock publicaron un
artículo que se considera un hito en los estudios
de etnobotánica, paleobotánica y botánica evolutiva.
Imagen 4. Barbara en una charla. Imagen extraída de: https://es.wikipedia.org/wiki/Barbara_McClintock#/media/Archivo:McClintock_Nobel_Lecture.jpg McClintock el 8 de diciembre de 1983, dando una charla incluida en las conferencias Nobel.
Debido a su extraordinaria producción científica y al apoyo
de sus colegas, McClintock obtuvo varios galardones y becas postdoctorales
del United States National Research Council (el equivalente en
ingenierías a la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos). Esto
condujo a la continuación de sus estudios en Cornell, en la Universidad de
Misuri y en el Instituto de Tecnología de California, en el cual
trabajó con E. G. Anderson. Durante los veranos de 1931 y 1932, trabajó en
Misuri con el genetista Lewis Stadler, que le aportó el uso de rayos
X como agente mutágeno. Empleando así líneas de maíz mutagenizadas,
identificó los cromosomas en anillo, que son estructuras de ADN circulares
generadas por la fusión de los extremos de un único cromosoma irradiado.
Analizando este resultado, McClintock hipotetizó que debía existir una
estructura en los extremos de los cromosomas que los estabilizaran. Durante
este periodo, demostró además la existencia del organizador
nucleolar en una región del cromosoma 6 de maíz, que es esencial para el
ensamblaje del nucléolo.
McClintock recibió una beca de la Fundación
Guggenheim que sufragó seis meses de aprendizaje en Alemania durante 1933
y 1934. Su plan era trabajar con Curt Stern, investigador que demostró el
entrecruzamiento en Drosophila melanogaster (un organismo modelo
importante) que semanas después de que ella y Creighton hicieran lo propio
en maíz. No obstante, Stern emigró a Estados Unidos justo entonces, su
laboratorio aceptor resultó ser Richard B. Goldschmidt. Debido a la
tensión política de la Alemania de entonces, acortó la duración de la estancia
y regresó a Cornell, donde permaneció hasta 1936, cuando obtuvo la plaza de
profesor asistente en el Departamento de Botánica de la Universidad de
Misuri-Columbia.
McClintock fue premiada en 1971 con la National Medal
of Science por Richard Nixon. Cold Spring Harbor también bautizó con
su nombre un edificio en 1973. En 1981, fue la primera becaria de
la Fundación John D. y Catherine T. MacArthur, beca que informalmente se
conoce como la «de los genios». Este
mismo año fue premiada con el premio Albert Lasker por Investigación
Médica Básica, el premio Wolf en Medicina y galardonada con
la medalla Thomas Hunt Morgan que concede la Genetics Society of
America. En 1982, la Universidad de Columbia le concedió
el premio Louisa Gross Horwitz por su trabajo en la «evolución de la
información genética y la regulación en su expresión». En 1983, recibió
el premio Nobel de Medicina o Fisiología debido a su trabajo sobre
los elementos transponibles, treinta años después de que lo llevara a cabo.
Académicamente recibió catorce doctorados honoris
causa en Ciencia, así como uno en Humanidades. En 1986, fue incluida
en la National Women's Hall of Fame.
La relevancia del trabajo académico de Barbara puede
aproximarse evaluando el número de publicaciones de otros autores que han
empleado alguno de sus artículos como referencia. En 2010, estas citas eran de
1450, con un promedio de 131 por artículo. No obstante, McClintock siempre fue
sensible al panorama científico que la rodeaba; al percibir que sus estudios
sobre la regulación de la expresión génica eran demasiado innovadores para la
corriente científica principal de la época, decidió posponer la publicación de
resultados. No obstante,
esta ausencia de publicación en revistas profesionales fue compatible con la
difusión de sus resultados al entorno de colegas no escépticos. Su filosofía de
trabajo se ve reflejada en la opinión que vertió en 1983 (el año de concesión
del Nobel):
A lo largo de los años he disfrutado realmente de no estar
obligada a defender mis interpretaciones. Simplemente pude trabajar con el
máximo placer. Nunca me sentí con la necesidad, ni con el deseo, de defender
mis puntos de vista. Si algo resultaba ser incorrecto, simplemente olvidaba que
hubiera compartido esa perspectiva. No importaba.
McClintock falleció por causas naturales el 2 de septiembre
de 1992 en el Hospital de Huntington, cercano al Laboratorio Cold Spring
Harbor, a los noventa años de edad;
no dejó descendencia.
Imagen 5. Un microscopio de McClintock y
mazorcas de maíz, tal y como se exhiben en el MuseoNacional de Historia Natural de la Institución Smithsoniana. Imagen extraída de: https://es.wikipedia.org/wiki/Barbara_McClintock#/media/Archivo:Corn_and_microscope.jpg
Conclusiones
No fue ninguneada como pudieran pensar muchos por sus
compañeros, era bastante respetada, se rechazaron sus ideas un poco por ser
mujer algunos, pero la mayor parte por miedo al desconocido mundo genético y
las innovaciones que ella aportó.
El trabajo de Barbara McClintock nos recuerda que la ciencia
no siempre sigue un camino recto. A veces, las ideas más innovadoras requieren
tiempo y perseverancia para ser comprendidas y aceptadas. Su descubrimiento de
los transposones cambió la forma en que vemos el ADN, demostrando que los genes
no son estructuras fijas, sino que pueden moverse y adaptarse. Hoy, el legado
de McClintock vive en cada avance en genética y biotecnología, y su historia es
un ejemplo brillante de cómo la curiosidad y la pasión pueden transformar el
mundo.
Referencias
- Coe, E. and Kass, L.B. (2005), «Proof of physical exchange of genes on the chromosomes», Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (National Acad Sciences) 102 (19): 6641.
- Comfort, N.C. (1999), «The Real Point is Control: The Reception of Barbara McClintock's Controlling Elements», Journal of the History of Biology (Springer) 32 (1): 133-162.
- Comfort, Nathaniel C. (junio de 2001). The Tangled Field: Barbara McClintock's search for the patterns of genetic control. Cambridge, MA: Harvard University Press. ISBN 0-674-00456-6.
- Kass, L.B. (2003), «Records and recollections: a new look at Barbara McClintock, Nobel-Prize-winning geneticist», Genetics (Genetics Soc America) 164 (4): 1251.
- Kass, L. (2005), «plantsciencebulletin», Plant Science Bulletin 51 (4): 118-125.
- Kass, L.B. (2005), «Missouri compromise: tenure or freedom? New evidence clarifies why Barbara McClintock left academe», Maize Genetics Cooperation Newsletter 79: 52.
- Kass, L.B. and Bonneuil, C. (2004), «Mapping and seeing: Barbara McClintock and the linking of genetics and cytology in maize genetics, 1928-1935», Classic Genetic Research and Its Legacy: The Mapping Cultures of 20th Century Genetics: 91-118.
- Keller, E.F. and McClintock, B. (1983), A Feeling for the Organism, Freeman San Francisco.
Que la ciencia y la fuerza os acompañe
Ammu
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