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En 1961, Marshall Nirenberg y Heinrich Matthaei descubrieron el código genético de los seres vivos, mediante el cual se confirma que la información contenida en el ADN se expresa en proteínas según un patrón definido. Estos investigadores de Instituto Nacional de Salud de Estados Unidos (NIH) realizaron uno de los hitos científicos que cambiaron nuestra visión de cómo se desarrolla la vida desde el punto de vista biológico. Con un experimento muy creativo, simple y lleno de belleza. Las mejores mentes estaban atacando el problema desde diferentes ángulos, sobre todo genético, pero fue el enfoque bioquímico el que dio con la solución.
El experimento perseguía sintetizar proteínas in vitro a partir de sus componentes principales: los aminoácidos. Las proteínas son las moléculas que ejercen una función específica en la célula o fuera de ella y que desencadenan una gran parte de los efectos fisiológicos que permite la vida.
Para lograr su síntesis, utilizaron el contenido de la lisis de bacterias Escherichia coli al que iban incorporando diversas moléculas de ARN y los 20 aminoácidos que existen. En cada experimento, 19 aminoácidos eran «fríos» (no radiactivos) y uno era «caliente» (marcado radiactivamente con Carbono 14 para poder detectarlo más tarde). Se iba cambiando el aminoácido «caliente» en cada ronda del experimento, tratando de determinar qué aminoácidos se incorporarían a una proteína tras la adición de un tipo concreto de ARN.
Los primeros experimentos clave se realizaron con poli-U (ARN compuesto únicamente por bases de uridina, proporcionado por Leon Heppel y Maxine Singer.
A las 3 de la madrugada del 27 de mayo de 1961, Matthaei utilizó fenilalanina como aminoácido «caliente». Al cabo de una hora, el tubo de control (sin poli-U) mostraba un nivel de fondo de 70 recuentos, mientras que el tubo con poli-U añadido mostraba 38.000 recuentos por miligramo de proteína.
Experimentos posteriores mostraron que los 19 aminoácidos «fríos» no eran necesarios y que el producto proteínico tenía las características bioquímicas de la polifenilalanina, demostrando que una cadena de bases de uracilo repetidas producía una cadena proteínica formada únicamente por el aminoácido repetitivo fenilalanina. Aunque el experimento no determinó el número de bases por codón, fue coherente con el triplete de codones UUU en el ARN codificando únicamente la fenilalanina.
En experimentos análogos con otros ARN, descubrieron que el poli-C dirigía la síntesis de la poliprolina. Nirenberg recuerda que los laboratorios de Severo Ochoa y James Watson habían realizado antes experimentos similares con poli-A, pero no detectaron la síntesis de proteínas porque la polilisina (a diferencia de la mayoría de las proteínas) es soluble en ácido tricloroacético.
Además, utilizando ARN sintéticos que incorporaban aleatoriamente dos bases en diferentes proporciones, produjeron proteínas que contenían más de un tipo de aminoácido, a partir de lo cual pudieron deducir la naturaleza de triplete del código genético y reducir las posibilidades de codones para otros aminoácidos. El grupo de Nirenberg descifró finalmente todos los codones de aminoácidos en 1966, aunque para ello necesitó métodos experimentales ingeniosos adicionales.
Mediante estos experimentos se concluyó que la información de 3 nucleótidos presentes en el ARN (y por lo tanto, según el dogma central de la biología, también en el ADN) era lo que proporcionaba que un aminoácido se incorporara en la cadena proteica y se vayan así sintetizando cada una de las proteínas presentes en los seres vivos.
Una más de las ideas geniales que han marcado un antes y un después en biotecnología y que han permitido que proyectos como OLIGOFASTX existan hoy en día.
Fuentes:
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https://en.wikipedia.org/wiki/Nirenberg_and_Matthaei_experiment
Russell P. (2010). iGenetics: A Molecular Approach, 3rd edition. Pearson/Benjamin Cummings.
^ Leavitt, Sarah A. (2004). «Deciphering the Genetic Code: Marshall Nirenberg. The Coding Craze». Stetten Museum, Office of NIH History. Archived from the original on 9 February 2020. Retrieved 2009-10-05.
^ Yanofsky C. (2007). «Establishing the Triplet Nature of the Genetic Code» (PDF). Cell. 128 (5): 815–818. doi:10.1016/j.cell.2007.02.029. PMID 17350564. Retrieved 2018-01-24.
^ Crick FH, Barnett L, Brenner S, Watts-Tobin RJ (December 1961). «General nature of the genetic code for proteins» (PDF). Nature. 192 (4809): 1227–32. Bibcode:1961Natur.192.1227C. doi:10.1038/1921227a0. PMID 13882203. S2CID 4276146.
^ Matthaei, H.J., Jones, O.W., Martin, R.G., and Nirenberg, M.W. Vol. 48 No. 4 (1962). «Characteristics and Composition of RNA Coding Units». Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 48 (4): 666–677. Bibcode:1962PNAS…48..666M. doi:10.1073/pnas.48.4.666. PMC 220831. PMID 14471390.