Barbara McClintock y los misteriosos genes saltarines

En 1951, dos años antes de que se descubriera la estructura dual del ADN, Barbara McClintock dio una conferencia sobre su investigación más reciente en genética del maíz, que reveló algo realmente sorprendente: ciertos genes podían saltar de una región a otra del genoma. Estos genes saltarines parecían tener un efecto pronunciado en las regiones donde aterrizaban, alterando e inactivando genes cercanos. En el maíz (es decir, el maíz), estos efectos se visualizaron fácilmente como cambios en el patrón de color de los granos a lo largo de generaciones. A pesar de la evidencia convincente, la charla de McClintock fue recibida con confusión y abierta hostilidad por parte de la comunidad científica porque entraba en conflicto con la comprensión predominante de que los genes eran lineales y sólo ocasionalmente cambiaban a través de mutaciones irreversibles. McClintock sin embargo no se rindió y continuó estudiando este fenómeno. En las décadas de 1960 y 1970, los investigadores comenzaron a descubrir que estos genes saltarines, o transposones, como llegaron a conocerse, estaban en todas partes, incluso en el 50% del genoma humano. Y en 1983, McClintock recibió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina por «el descubrimiento de los ‘elementos genéticos móviles'».

McClintock comenzó su carrera científica en la Facultad de Agricultura de la Universidad de Cornell, donde obtuvo su licenciatura en 1923 y su doctorado en botánica en 1927. Luego trabajó en Cornell como profesora hasta 1936. Mientras estaba en Cornell, McClintock desarrolló su propia técnica de tinción para observar el ADN del maíz, lo que le permitió distinguir los 10 cromosomas diferentes del maíz y vincular los cambios hereditarios con sus causas genéticas. En 1931, McClintock y su estudiante de posgrado, Harriet Creighton, fueron los primeros en demostrar la recombinación genética, el intercambio de información genética entre los cromosomas antes de dividirse para la reproducción. Este descubrimiento le valió a McClintock el reconocimiento de la comunidad científica. En 1944, fue elegida miembro de la Academia Nacional de Ciencias y, en 1945, fue elegida la primera mujer presidenta de la Sociedad de Genética de América. En 1941, ansiosa por dedicar más tiempo a la investigación, McClintock dejó su puesto docente en Cornell y tomó un puesto de investigación en el Laboratorio Cold Spring Harbor, donde continuaría haciendo descubrimientos que luego le valieron el Premio Nobel.

Durante su investigación en Cold Spring Harbor, mientras investigaba los factores genéticos responsables de las variaciones en el color del grano de maíz, McClintock descubrió una rotura cromosómica irregular en el cromosoma 9. Descubrió que la causa de estos cruces era la transposición de un elemento genético móvil de un lugar. en el cromosoma a otro. La inserción de este elemento, que McClintock llamó «disociación» o elemento Ds, alteró la expresión de genes cercanos. Con más investigaciones, McClintock descubrió que la transposición de Ds dependía de la presencia de otro elemento llamado «activador» o Ac, que controlaba y modulaba la transposición de Ds. Identificó varias formas diferentes de Ds y Ac, cada una de las cuales causaba diferentes niveles de inactivación genética y daba como resultado diferentes patrones de color del grano.

Cuando McClintock presentó su investigación en 1951, la comunidad científica la recibió con gran escepticismo. La comprensión común de la genética en ese momento era que los genes estaban dispuestos lineal y estáticamente y, cuando ocurrían mutaciones, eran cambios permanentes en la secuencia genética. Pero McClintock no se dejó intimidar. «Sabía que tenía razón», dijo, «cualquiera a quien se le hubiera presentado esa evidencia con tal abandono no podría evitar llegar a las conclusiones que yo saqué al respecto». Continuando con su investigación sobre elementos móviles, McClintock descubrió un nuevo elemento móvil, conocido como Supresor-Mutador o Spm, que puede alternar entre una forma inactiva y una activa dependiendo del área de la planta y la etapa de su desarrollo. Esta observación fue una de las primeras pruebas de metilación epigenética, donde factores no genéticos pueden influir en la expresión genética.

Si bien la comunidad científica tardó en aceptar la idea de que ciertos genes podrían saltar a través de un cromosoma, en la década de 1960, investigaciones adicionales revelaron otros casos de transposición en bacteriófagos (virus que infectan bacterias), bacterias y moscas de la fruta. En las bacterias, la transposición es un elemento integral en cómo se transmite la resistencia a los antibióticos de una bacteria a otra. En la década de 1980, los investigadores pudieron aislar los genes Ac y Ds que descubrió McClintock y descubrieron que estos transposones codificaban la enzima que necesitaban para cortarse y pegarse, conocida como transposasa. Hoy sabemos que casi el 50% del genoma humano está formado por transposones, y estos genes saltarines han sido un impulsor influyente del cambio evolutivo. Las inserciones de transposones que fueron beneficiosas o neutrales en el pasado se realizaron en generaciones futuras, pero con el tiempo, la capacidad de estos genes para continuar saltando sin causar resultados negativos disminuyó. Como resultado, el 99% de los transposones del genoma humano son actualmente estáticos.

LINE-1 es un ejemplo de uno de los transposones que aún están activos en humanos. A diferencia del sistema Ds/Ac descubierto por McClintock en el maíz, LINE-1 es un retrotransposón, lo que significa que se copia como ARN y luego las enzimas transcriptasa inversa utilizan ese ARN como plantilla para insertar ese gen en otro lugar. LINE-1 ha sido copiado y pegado tantas veces que casi el 18% del genoma humano son sólo copias de este transposón. La mayoría de las veces, las inserciones de LINE-1 son inofensivas, pero a veces el transposón puede aterrizar en medio de un gen importante, lo que tiene consecuencias negativas para la salud. La inserción de LINE-1 se ha relacionado con muchas afecciones de salud, incluidos algunos cánceres, hemofilia y respuestas autoinmunes.

Incluso después de su jubilación en 1967, McClintock continuó trabajando en Cold Spring Harbor como Miembro Distinguido del Servicio y asistió a seminarios allí hasta su muerte en 1992.

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