Grandes científicos: el descubrimiento del ARN mensajero

Hoy sabemos que el ARN mensajero es una secuencia de nucleótidos complementaria al ADN que contiene la información genética para sintetizar una proteína en los orgánulos de la célula encargados de esta función, los ribosomas. Sin embargo hasta 1960 el panorama era bien distinto: el ARN mensajero era una fracción del ARN  prácticamente desconocida y el papel de intermediario entre ADN y proteínas se lo había apropiado el ARN ribosómico.  Pronto Sydney Brenner y François Jacob iban a poner a cada uno en su lugar.

Sydney Brenner

En su biografía Sydney Brenner habla a menudo de la importancia que tiene en el descubrimiento científico la discusión con otros colegas, el hablar “constitutivamente”, aunque se digan tonterías, para lograr unir ideas que hasta ese momento permanecían inconexas. Fue en una de estas charlas, hablando en su cuarto del King’s College de Cambridge con varios amigos, entre ellos Francis Crick y François Jacob (Brenner tenía buen ojo para elegir amistades), cuando la mente de Brenner unió las piezas del rompecabezas que hasta ese momento era la relación ADN: proteína.

La teoría dominante en aquella época postulaba que, como las proteínas no se sintetizaban directamente en los genes, debía existir algún tipo de intermediario que llevase la información desde el ADN hasta los ribosomas y el candidato elegido era el ARN ribosómico. Así, cada gen codificaría para la síntesis de un ribosoma especializado que a su vez dirigiría la síntesis de una determinada proteína.  Sin embargo había varios datos que no cuadraban en esta hipótesis.

En primer lugar ya se sabía que el contenido G+C del ADN variaba entre distintas especies de bacteria, sin embargo el contenido del ARN era invariable, parecía tener la misma composición en todas las bacterias.  Pero si el papel de intermediario se basaba en la complementariedad de bases entre el ARN  y el ADN, ¿cómo podía darse esta paradoja?  Además, el tamaño de los ribosomas era homogéneo y esto no reflejaba el amplio rango de tamaños de las proteínas.

Asimismo, se sabía que cuando se infecta una bacteria con un fago ésta comienza a producir grandes cantidades de proteínas virales pero sin embargo la bacteria no sintetiza más ARN ribosómico. Si el ARN ribosómico era el intermediario, cuando el virus infectaba deberían sintetizarse los nuevos ribosomas del virus. Si a pesar de todo hubiese algún error en la cuantificación de ARN y se generasen unos pocos nuevos ribosomas, éstos deberían ser tremendamente eficientes para conseguir sintetizar tamañas cantidades de proteína.

Por otro lado, en 1956 Volkin y Astrachan habían publicado un artículo que había pasado bastante desapercibido. En él se hablaba de una pequeña fracción de ARN que se sintetizaba tras la infección de bacterias con un fago y que además resultaba tener una composición de bases similar a la del fago y no a la de la bacteria huésped. Podría tratarse de un intermediario entre ADN y proteínas, pero Volkin y Astrachan no confiaron del todo en sus datos: pensaban que podrían provenir de algún tipo de contaminación o incluso que el fago estuviera sintetizando este ARN para después transformarlo en ADN y hacer nuevas partículas virales.

François Jacob

La mecha que encendió la lamparita en la mente de Brenner la prendió François Jacob en aquella reunión informal en la habitación de Sydney.  Les estaba contando el experimento PaJaMo, nombrado así en honor de quienes lo diseñaron: Arthur Pardee, Jacob y Monod. En él se había marcado un gen bacteriano con fósforo radiactivo que luego, a través de la desintegración del fósforo, se destruía. El resultado era claro: tras destruir el gen no se encontraba enzima. Cuando faltaba el gen la síntesis de proteínas se detenía, lo que excluía que el intermediario entre el ADN y las proteínas fuera un intermediario estable, pues éste hubiera podido mantenerse en ausencia del gen.  Entonces Brenner enunció a borbotones su hipótesis: “Volkin-Astrachan; information intermediate; it’s short-lived; a short-lived intermediate! It must be!”

Había una fracción muy pequeña del ARN, que bautizaron como ARN mensajero, que debía ser el intermediario de vida corta que  explicaba el aumento de proteína viral tras la infección de los fagos, con una composición de bases variable entre especies (como la del ADN), que se inserta en los ribosomas, las máquinas que producen proteína de manera inespecífica. Si su hipótesis era cierta y tras la infección no se sintetizaban nuevos ribosomas sino ARN mensajero, el ARN mensajero del virus debería asociarse exclusivamente con ribosomas prexistentes y no con ribosomas nuevos. Así Brenner y Jacob decidieron que cultivarían bacterias en medio con isótopos pesados, las infectarían con fagos y después las pasarían a medio con isótopos ligeros al que añadirían fósforo radiactivo.  Separarían los ribosomas bacterianos en un gradiente de cloruro de cesio y si sus deducciones eran ciertas el pico de radiactividad debería asociarse únicamente con los ribosomas pesados, los prexistentes.

Tras unos meses en el laboratorio de Meselson pusieron a punto las condiciones y confirmaron su teoría: había nacido el ARN mensajero. Al mismo tiempo, se enteraron de que Jim Watson estaba trabajando en la misma hipótesis y estaba llegando a la misma conclusión, descubriendo una fracción del ARN de bacterias sin infectar que tenía un rápido turnover y que se unía a los ribosomas.  Decidieron esperar a que Watson terminara su trabajo y ambos artículos fueron publicado en Nature en Mayo del 61: el ARN mensajero tiene  apenas 50 años de vida.

En los siguientes enlaces Brenner nos explica el cambio en la síntesis proteíca tras la infección del fago: del rock and roll al minueto del virus.

http://www.dnalc.org/view/15285-RNA-transcription-translation-Sydney-Brenner.html

http://www.dnalc.org/view/15286-Viral-RNA-can-reprogram-the-ribosomes-Sydney-Brenner.html

Aquí se explica de manera simplificada el experimento que llevaron a cabo Brenner y Jacob:

http://www.dnalc.org/view/15877-The-RNA-experiment.html

Aquí podéis conocer a Meselson y a Jacob:

http://www.dnalc.org/view/15330-Messenger-RNA-Matthew-Meselson.html

http://www.dnalc.org/view/15274-The-production-of-messenger-RNA-Fran-ois-Jacob.html

Para saber más: 

My Life in Science, Sydney Brenner as told to Lewis Wolpert - BioMed Central Limited

Brenner S, Jacob F, Meselson M. An unstable intermediate carrying information from genes to ribosomes for protein synthesis. Nature 1961; 190:576-581.

Gros F, Hiatt H, Gilbert W, Kurland CG, Risebrough RW, Watson JD. Unstable ribonucleic acid revealed by pulse labelling of Escherichia coli. Nature 1961; 190: 581-585.

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