En la larga historia de la biología, ¡ha habido tantos descubrimientos asombrosos! Los avances en los orígenes de la vida, los mecanismos de la vida, las curas, las enfermedades nuevas (y algunas redescubiertas) y tantas otras cosas interesantes en el medio son las que constantemente hacen de la biología una de mis materias favoritas.
Y aunque casi todos los descubrimientos científicos nos ayudan a comprender un poco más sobre este asombroso mundo en el que vivimos, algunos descubrimientos nos ayudan a Descubrir Más. A continuación se muestran 15 avances científicos que han ayudado a los científicos a ver aún más profundamente la vida, el universo y el todo.
Herencia/Evolució (1800s)
A estas alturas, las historias de los pinzones de Charles Darwin, los guisantes de Gregor Mendel y los amplios estudios naturalistas itinerantes de Alfred Wallace se han convertido en una tradición común tanto dentro como fuera del mundo de las ciencias biológicas. Pero sus conclusiones de largo alcance ayudaron a estimular la explosión del crecimiento en el área de la biología durante los últimos 170 años. Y aunque se necesitaría el descubrimiento del ADN en la década de 1950 para sembrar las semillas de los estudios evolutivos genéticos, todos tenemos una deuda con estos fundadores naturalistas que sentaron las bases para muchas de las cosas que ahora damos por sentadas mientras realizamos nuestras investigaciones.
Antibióticos (1928)
Alexander Fleming no se proponía en 1928 revolucionar la ciencia biológica cuando descubrió que algo en las esporas de moho de Penicillium podía matar bacterias estafilocócicas en una caja de Petri. Como suele ser el caso en la ciencia, los descubrimientos tienen un impacto notable en la investigación que no tiene ninguna relación con el campo para el que fueron creados. Fleming solo estaba tratando de encontrar una manera de evitar que las infecciones anaeróbicas fueran tan mortales, sin buscar el primer antibiótico del mundo. Pero a lo largo del camino, el descubrimiento de antibióticos se ha utilizado en innumerables investigaciones, como herramientas de selección en la transformación y el cultivo celular, así como en otros campos y estudios.
Electroforesis en Gel (1931)
Es difícil imaginar cualquiera de mis laboratorios sin el siempre presente mesón con equipos de gel, ya sea tarareando el sonido de la corriente eléctrica, separando obedientemente proteínas, ADN o ARN; o sentado vacío y esperando pacientemente por otro gel de agarosa o acrilamida. Es igualmente notable darse cuenta de que la electroforesis, tal como la conocemos, fue descubierta en 1931 por Arne Tiselius e incluso se realizó un trabajo anterior a principios del siglo XIX que sentó las bases para que el aparato de Tiselius diferenciara entre proteínas. Pero no fue hasta la década de 1940 que los científicos comenzaron a usar matrices de gel para separar compuestos en bandas discretas. Y no fue hasta la década de 1960 que la electroforesis en gel se usaría realmente para comenzar a identificar el ADN y otras moléculas biológicas que darían origen al campo de la biología molecular.
Descubrimiento de células HeLa (1951)
Las células de cáncer de cuello uterino que se extrajeron de Henrietta Lacks antes de su muerte en 1951 se han convertido en un punto de referencia en la historia de la investigación y el conocimiento del cáncer. Las células HeLa inmortales hicieron que la investigación médica fuera más fácil, más robusta y repetible. La línea celular es lo que permitió la creación de la primera vacuna contra la poliomielitis de Salk en 1952. Desde su descubrimiento, se han creado más de 11.000 patentes relacionadas con las células HeLa. Es seguro decir que sin las células de Henrietta, una gran parte de la investigación habría sido más lenta y los avances biomédicos mucho más complejos.
La estructura del ADN (1952-1953)
Al igual que con el descubrimiento de la herencia y la evolución, la historia del descubrimiento de la estructura del ADN es bien conocida; comenzando con la primera imagen de Rosalind Franklin de la doble hélice en 1952 y luego, posteriormente, con el modelo de James Watson y Francis Crick de la estructura de doble hélice en 1953. Sin embargo, Oswald Avery ya había identificado el ADN en 1944 como el punto principal para la información hereditaria. Pero la estructura del ADN no puede pasarse por alto por su relevancia en nuestra comprensión de gran parte de lo que ahora se considera conocimiento común en las ciencias biológicas.
ADN Polimerasa (1956)
En 1956, Arthur Kornberg y su laboratorio cambiaron para siempre el mundo de la biología molecular con el descubrimiento de la ADN polimerasa de las células de E. coli. En un instante, los científicos finalmente pudieron sintetizar nuevas secuencias de ADN en una hebra de ADN existente. El uso de la ADN polimerasa original y las polimerasas posteriores descubiertas por el hijo de Arthur, Thomas Kornberg, y otros han creado la base de la biología molecular en lo que respecta a la PCR, la clonación, la transformación y la secuenciación. Sin estos caballos de batalla del laboratorio, mucho de lo que entendemos actualmente sobre nuestro ADN y nuestra vida sería inexistente.
Transcriptasa Reversa (1970)
La transcriptasa inversa fue descubierta independientemente por Howard Temin y David Baltimore en 1970. Como herramienta revolucionaria, la TR finalmente permitió a los científicos sintetizar ADNc (y ADN bicatenario) a partir de ARN, cerrando las grandes brechas en el conocimiento del carácter y la secuencia del ARN mediante uso en PCR. Descubrir las raíces del ARN y su traducción a proteínas es una necesidad fundamental de la biología y la comprensión de que el ARN se puede transcribir en ADN fue primordial para comprender los retrovirus y, más tarde, los medicamentos antivirales.
Enzimas de Restricción (1970)
Las primeras enzimas de restricción fueron descubiertas a principios de la década de 1950 por Salvadore Luria, Jean Weigle y Giuseppe Bertani. Pero las enzimas que encontraron eran todas de tipo I que escindían el ADN al azar de un sitio de reconocimiento. En 1970, Hamilton Smith y sus colaboradores descubrieron las enzimas de restricción de tipo II más populares que cortan en su sitio de reconocimiento, y Daniel Nathans demostró que al cortar en esos lugares, podían separar los fragmentos mediante electroforesis en gel para mapear el ADN. El uso de enzimas de restricción para producir un patrón de corte predecible a partir del cual trabajar se ha convertido en un punto de referencia en la clonación y mapeo.
Transformación con E. coli (1970)
Las transformaciones bacterianas existen desde la década de 1920. Escherichia coli se utilizó como organismo modelo en microbiología y otros campos biológicos durante la mayor parte del siglo XX, pero se consideró intratable para la transformación hasta que Morton Mandel y Akiko Higa pudieron inducirlo a tomar ADN con el uso de cloruro de calcio. El descubrimiento de células de E. coli competentes inducidas artificialmente creó una de las bacterias transformadoras más fáciles y eficientes que permite métodos de clonación aún más simples en toda la ciencia biológica. El uso de E. coli solo ha ganado popularidad como uno de los organismos modelo más comunes en la ciencia, y fue uno de los primeros organismos en ser completamente secuenciado en 1997.
PCR (1983)
Pocos descubrimientos han revolucionado tanto sus campos como la reacción en cadena de la polimerasa (PCR). Asimismo, la PCR debe su propia revolución a la ADN polimerasa térmicamente estable previamente descubierta. Antes del trabajo de Kary Mullis en la reinvención de un ensayo enzimático para utilizar una plantilla de ADN, cebadores y ciclos de calor (descritos por primera vez en el Journal of Molecular Biology en 1971 por Kjell Kleppe), la clonación era lenta y tediosa. E incluso en los primeros días de la PCR, los ciclos de calor desnaturalizaban la polimerasa, requiriendo que se agregara de nuevo en cada ciclo. La PCR puede ser entonces la técnica más indispensable utilizada en la biología moderna.
Marcadores de Bioluminiscencia (1986)
La bioluminiscencia se ha observado durante milenios, pero la comprensión de su naturaleza y la reacción que la produce sigue siendo un misterio. En 1955, Osamu Shimomura fue el primero en cristalizar luciferina a partir de ostrácodos, y más tarde fue fundamental en el descubrimiento de GFP en medusas. La luciferasa de luciérnaga finalmente se clonó en 1985, pero el uso de la bioluminiscencia como marcador realmente comenzó en 1986 cuando se utilizó por primera vez como marcador genético en plantas de tabaco y Arabidopsis. Y en 1988, se estaba utilizando en lisados de células de mamíferos como una herramienta destacada para los estudios in vivo de la regulación génica. Las imágenes bioluminiscentes siguen siendo una de las aplicaciones más utilizadas en la investigación tanto in vivo como in vitro en casi todos los sistemas biológicos.
Terapia Génica (1990)
La terapia genética se había considerado ciencia ficción durante la mayor parte del siglo XX; una forma casi mágica de curar enfermedades genéticas. En 1972, Theodore Friedmann y Richard Roblin introdujeron por primera vez la posibilidad de que algún día se hiciera realidad, incluso si creían que la humanidad necesitaba ser extremadamente cautelosa para dar ese salto gigante hacia lo desconocido de la manipulación genética. Pero en 1990, el Instituto Nacional de Salud de EE. UU. Le dio permiso a William French Anderson para realizar un ensayo clínico en un paciente con una deficiencia grave del sistema inmunológico. Los ensayos de terapia génica para el cáncer fueron aprobados en 1992 y en las décadas posteriores se han llevado a cabo muchas otras terapias para enfermedades genéticas. Si bien la terapia génica sigue siendo una oportunidad milagrosa para muchas de nuestras peores enfermedades genéticas, también hay mucho de qué preocuparse por su posible uso indebido y la ética que lo rodea.
Marcadores de Proteínas Fluorescentes (1992)
Junto con la bioluminiscencia, los marcadores fluorescentes han tenido un impacto inequívoco en la investigación. Quizás sea apropiado entonces que Osamu Shimomura hubiera sido fundamental en el descubrimiento de ambos. La proteína verde fluorescente (GFP) fue descubierta por primera vez por Osamu en medusas en la década de 1960 junto con la proteína azul aequorina. Posteriormente, Douglas Prasher utilizó GFP e informó de su secuencia genética en 1992, lo que permitió que se expresara en E. coli en 1994 y posteriormente en C. elegans. El uso de marcadores bioluminiscentes y fluorescentes nos ha permitido visualizar los misterios de la célula, al interior de las interacciones proteína-proteína, y al exterior entre las células. Podemos ver cómo reaccionan los cánceres con las líneas celulares o incluso dentro de los cuerpos de los animales de experimentación. Debido a la enorme gama de colores que las especies han desarrollado a través de la evolución, ahora tenemos la capacidad de identificar personalmente la magnitud de las interacciones microscópicas que antes solo se imaginaban.
ARNi (1998)
Los científicos habían estado al tanto de un sistema de co-supresión o sofocación durante bastante tiempo. Los biólogos de plantas sabían que a veces, la sobreexpresión de genes en plantas para crear colores más vibrantes produciría inesperadamente plantas con patrones de colores variados o incluso sin pigmento. En 1998, Craig Mellows y Andrew Fire publicaron su trabajo documentando el silenciamiento intencional de genes en C. elegans a través de un nuevo proceso llamado ARN de interferencia, en el que combinaron una secuencia con sentido y antisentido de un gen. El proceso se ha utilizado evolutivamente para defenderse de los virus que intentan insertarse en el ADN. El uso de ARNi se ha vuelto fundamental en el desarrollo de la expresión y supresión de genes, en la identificación de componentes de procesos celulares y como herramienta práctica en muchos otros campos biológicos.
CRISPR-Cas9 (2012)
CRISPR fue descrito por primera vez, sin saberlo, en 1987 por Yoshizumi Ishino. Sin embargo, no se caracterizó completamente como "Repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente interespaciadas" hasta 2001 por Francisco Mojica y Ruud Jansen. La magnificencia de CRISPR como herramienta de edición de genes finalmente se produjo cuando Jennifer Doudna y Emmanuelle Charpentier rediseñaron la endonucleasa Cas9 y demostraron que el nuevo sistema podría programarse para apuntar a cortar cualquier secuencia de ADN. Pero el futuro, y el valor real, de CRISPR-Cas9 podría estar mucho más allá de su terapia génica dirigida en una variedad de adaptaciones de CRISPR sobre las que hemos escrito anteriomente.
Todos estos descubrimientos han afectado a casi todas las facetas de la ciencia biológica y han llevado la investigación hacia direcciones nuevas y en constante expansión. Siempre es asombroso mirar atrás y maravillarse ante la grandeza de todos estos descubrimientos. En el momento de estos descubrimientos, estos científicos vieron su trabajo como simplemente resolver un problema en su mesón de trabajo para descubrir la respuesta a su proyecto particular. A veces, eso es tanto la belleza como el dolor de la investigación, que la relevancia de cualquier resultado en particular no se comprende por completo hasta años (o incluso décadas) después. Pero podemos sentirnos reconfortados de que nuestra investigación, incluso los fracasos de nuestra investigación, se puedan utilizar para ampliar la comprensión general del mundo en el que vivimos. Y cada descubrimiento que hagamos podría ser utilizado por otra persona en el camino de la investigación para Descubrir Más. ¿No es eso lo que todos estamos tratando de hacer de todos modos?
Escrito por: Chris Menne
Traducido por: Adriana Gallego, Ph.D.
