Desmitificando el ADN: No todo es doble cadena

Cuando pensamos en el ADN, la imagen que suele venir a la mente es la de una elegante doble hélice, gracias al icónico modelo de Watson y Crick. Sin embargo, la naturaleza del ácido desoxirribonucleico es más diversa de lo que tradicionalmente se cree. Si bien el ADN bicatenario es la forma predominante en la mayoría de los organismos, existen variantes monocatenarias que desempeñan funciones clave en ciertos virus y procesos celulares. Pero, ¿cómo influyó la elección de una muestra específica en la historia de la biología molecular?

La doble hélice y la influencia de la Fotografía 51

Uno de los momentos más decisivos en la comprensión de la estructura del ADN fue la obtención de la Fotografía 51, una imagen de difracción de rayos X capturada por Rosalind Franklin y su estudiante Raymond Gosling el 6 de mayo de 1952. La muestra utilizada en esta fotografía provenía del ADN extraído del timo de ternero. La elección de esta muestra fue determinante, para establecer la estructura helicoidal y de doble cadena complementaria del ADN.

La fotografía 51 muestra la conformación B del ADN, que es la forma más común y natural en la que se presenta en la mayoría de los organismos. No obstante, cuando esta molécula experimenta cambios en su entorno o humedad, puede adoptar otras conformaciones más estables.

Rosalind Franklin también logró visualizar, en la fotografía 52, la conformación A del ADN. Esta conformación, obtenida artificialmente en el laboratorio utilizando condiciones de baja humedad, es una hélice dextrógira, pero más ancha y corta que la conformación B. En algunas bacterias, arqueas extremófilas y ciertos virus se ha descrito la coexistencia de las conformaciones A y B en el genoma, lo que se creía improbable por las condiciones extremas que requiere la formación de la conformación A.

ADN monocatenario: La historia que nunca fue

En la década de 1950, la idea predominante era que el ADN debía ser estable y capaz de replicarse con alta fidelidad, características que con el ADN bicatenario se justificaba mejor que con su contraparte monocatenaria. Pero si en lugar de una muestra de timo, Rosalind Franklin hubiese empleado una muestra de un virus con ADN monocatenario, como el presente en ciertos virus, la interpretación de los datos habría sido presumiblemente diferente. La biología molecular pudo haber tomado un rumbo distinto o haber experimentado un retraso en la comprensión de los principios fundamentales de la replicación semiconservativa, la complementariedad de bases y el almacenamiento de la información genética.

La existencia del ADN monocatenario fue descubierta en la década de 1960, cuando se identificaron virus con genomas de ADN de una sola cadena. Estos virus presentan desafíos únicos para la biología molecular, ya que su replicación y transcripción requieren mecanismos distintos a los del ADN bicatenario. Actualmente la mayoría de los virus de ADN monocatenario se clasifican en el dominio Monodnaviria, que incluye unas 15 familias de virus de simple cadena de ADN, entre los que destacan los parvovirus, los circovirus y los geminivirus.

Estos virus tienen una serie de características que los hacen únicos, como la capacidad de replicarse a través de mecanismos alternativos, como el uso de una cadena de ADN complementaria para formar un genoma completo antes de la replicación. Esto resalta aún más las diferencias clave con el ADN bicatenario, que depende de mecanismos, ya convencionales, de replicación y transcripción basados en las dos cadenas complementarias.

El estudio del ADN: Avances y nuevas fronteras

El estudio del ADN en todas sus formas sigue siendo un campo apasionante, y contar con tecnologías adecuadas para su análisis sigue siendo tan crucial como lo fue hace más de 70 años. Hoy sabemos que la vida es más versátil de lo que se pensaba en los años 50 del siglo pasado, y se han sumado al hallazgo del ADN monocatenario y a las distintas conformaciones del ADN bicatenario (ADN A, B, C, Z), hélices de ADN triples y cuádruples e híbridos entre ADN y ARN.

El ADN Z, por ejemplo, es una conformación levógira del ADN que juega un papel crucial en la transcripción génica. Esta estructura se forma en áreas del genoma que están siendo activamente transcritas, lo que sugiere que el ADN Z podría estar involucrado en la regulación de la expresión génica. El descubrimiento de estructuras como estas amplía nuestra comprensión de cómo las moléculas de ADN no son solo depositarios de información genética, sino que también son dinámicas y responden a las necesidades celulares a través de una variedad de formas y conformaciones.

Por otro lado, las hélices triples y cuádruples de ADN se encuentran en regiones especializadas del genoma y están involucradas en funciones biológicas como la reparación del ADN y la regulación de la expresión génica. Estas estructuras pueden formar interacciones complejas entre las bases del ADN y otras moléculas, lo que les permite tener un impacto directo en la estabilidad genética y en el control de procesos celulares esenciales.

El impacto de la muestra elegida en el rumbo de la ciencia

El descubrimiento de la doble hélice marcó el inicio de la biología molecular moderna. Sin embargo, es fascinante reflexionar sobre cómo la historia podría haber sido distinta si la primera imagen clara del ADN hubiera provenido de una muestra diferente.

¿Qué hubiera ocurrido si Franklin hubiera trabajado con un virus de ADN monocatenario en lugar de una muestra de timo de ternero? ¿Podríamos haber llegado más rápido a comprender las diversas formas que puede adoptar el ADN? ¿O tal vez el avance de la ciencia habría sido más lento?

Este hecho resalta la importancia de la selección de muestras en la investigación científica. Las implicaciones de esta selección influencian el curso de la ciencia y la forma en que explicamos las evidencias científicas. Existen muchos casos en los que la historia de la ciencia es tal y como la conocemos en base a la muestra que fue empleada. Pero eso , lo dejamos para otro post.