EL PADRE DE LA GENÓMICA

El 19 de noviembre último, falleció en Cambridge (Inglaterra), a la edad de 95 años, Frederick Sanger, uno de los bioquímicos más relevantes en la historia de la ciencia, considerado “El padre de la genómica”, por la trascendencia de sus investigaciones científicas. Fue una de las 4 personas galardonadas dos veces con el Premio Nobel (las otras son Marie Curie, Linus Pauling y John Bardeen) y el único cuyos dos galardones fueron en Química: en 1958 por sus investigaciones sobre la estructura de la insulina y en 1980 por sus trabajos sobre la secuenciación de las bases nitrogenadas del ADN.

Nació el 13 de agosto de 1918 en Gloucestershire (Inglaterra), su infancia fue bastante acomodada y, desde niño, tuvo predilección por las asignaturas de ciencias. Sus padres contrataron un profesor particular para procurarle una esmerada educación. Años más tarde su familia se mudó a Cambridge y, en 1939, obtuvo su bachillerato en Ciencias Naturales en el elitista Sr. John College de la Universidad de Cambridge. Todos en su familia esperaban que se hiciera médico como su padre, también llamado Frederick Sanger, pero se interesó por la bioquímica porque los mejores bioquímicos de la época se encontraban en Cambridge, llegando a decir sobre esta área de la ciencia que es “una manera de entender de verdad la materia viviente y desarrollar una base más científica para muchos problemas médicos”.

 Durante sus estudios universitarios, sus dos padres murieron de cáncer y, a pesar de ello, Sanger pudo continuar sus estudios. En 1943, se doctoró en bioquímica y, desde ese momento, su carrera profesional no ha cesado de lograr enormes éxitos y descubrimientos a la química y también a la biología, permitiendo un enorme avance en la genética y la bioquímica.

Sanger se unió al grupo de investigación de Charles Chibnall, un químico dedicado a las proteínas y, desde 1951, fue auspiciado por el Medical Research Council Laboratory de la Universidad de Cambridge, pudiendo dedicarse por entero a determinar la estructura de la molécula de insulina, una hormona de naturaleza proteica, producida por el páncreas y que regula la cantidad de glucosa en la sangre (ver tema # 27 de AQV).

Para lograr su objetivo utilizó métodos novedosos y reactivos especiales como el DNFB (1-fluor-2,3-dinitrobenceno) y enzimas adecuadas (proteolíticas) que descomponen o hidrolizan la cadena proteica en fragmentos de distinta longitud, cuyo análisis le permitió, en 1955, determinar la secuencia de los 51 aminoácidos de la insulina bovina, que sólo difiere de la humana en 3 aminoácidos. Por esos años se creía que las proteínas eran mezclas complejas y de composición variable, pero este trabajo demostró que ellas tienen estructuras específicas y sus aminoácidos están en una secuencia precisa. En 1958 Sanger fue galardonado con el Premio Nobel de Química “por su trabajo en la estructura de las proteínas, especialmente la de la insulina”. Sus trabajos permitieron que, en 1963, la insulina sea la primera proteína sintetizada en el laboratorio.

El siguiente gran objetivo de Sanger, constituyó un gran reto y una revolución en el conocimiento de la bioquímica. El gran descubrimiento de la biología del siglo XX es que la vida está basada en secuencias de pequeñas moléculas. Así como las palabras se basan en secuencias de letras o la computación en secuencias de unos y ceros, el ADN de los genes está basado en la secuencia de cuatro bases nitrogenadas: adenina, guanina, timina y citosina (las cuatro letras del ADN) y de su secuencia exacta depende su función. Nuevamente Sanger logró un método brillante y eficaz para “leer” (o secuenciar) las bases nitrogenadas que, en el ADN humano, están en un número de 3000 millones.

En 1975 Sanger desarrolló un método de secuenciación conocido como “Método de Sanger”, que realizó en forma manual (en esa época no se conocían los métodos automatizados). Con este método, en 1977 logró secuenciar el genoma del bacteriófago Phi-X174, (que tiene una cantidad muy pequeña de ADN) el primer organismo cuyo genoma se secuenció totalmente y estableció las bases para proyectos tan ambiciosos como el Proyecto Genoma Humano.

En 1980 se le otorgó, nuevamente, el Premio Nobel de Química “por sus contribuciones acerca de la determinación de secuencias de bases en ácidos nucleicos”. Esta vez, el premio fue compartido con Paul Berg y Walter Gilbert, dos norteamericanos que trabajaban con él en la Universidad de Cambridge.

BIBLIOGRAFÍA

http://www.biografiasyvidas.com/biografia/s/sanger.htm

Q.F. JUAN JOSÉ LEÓN CAM <jjleon@lamolina.edu.pe>

Departamento de Química. Universidad Nacional Agraria La Molina. PERÚ.

LA INSULINA Y LA “ORINA DULCE”

La diabetes es una enfermedad tan antigua que sus primeras referencias aparecen en el Papiro de Ebers. En las literaturas hindú y china se resaltan sus síntomas y la atracción de las hormigas por la “orina dulce” de los enfermos. En esa época ya se distinguían sus 2 formas: una se presenta en jóvenes delgados que no sobreviven por mucho tiempo y la otra en personas mayores y obesas, formas que corresponden a los tipos 1 y 2 de nuestros días.

La primera referencia en la literatura médica occidental se debe a Thomas Willis (1621 – 1675). Casi un siglo después, el médico inglés Mathew Dobson (1725 – 1784) señaló la presencia de azúcar en la sangre y orina de los enfermos. En 1889 Oskar Minskowski y Josef von Mering observaron que al extirparle el páncreas a un perro se producían todos los síntomas de una diabetes severa.

En 1893 se descubrió que el metabolismo de los carbohidratos es controlado por una sustancia que llamaron “insulina” por producirse en los “Islotes de Langerhans” del páncreas y se hicieron grandes esfuerzos por aislarla, obteniéndose extractos de páncreas capaces de reducir los síntomas de la diabetes en perros, aunque ellos producían también graves efectos tóxicos.

La insulina fue descubierta en 1921 por Sir Frederick Grant Banting, luego de los experimentos realizados en la cátedra de John J. MacLeod, profesor de fisiología de la U. de Toronto, con el apoyo de Charles Best, un estudiante de Química que se encargó de aislarla. Así obtuvieron un extracto purificado de páncreas y comprobaron que reducía el nivel de azúcar en perros con diabetes experimental. Por estos trabajos MacLeod y Banting recibieron el Premio Nobel de Medicina, 1923. Banting protestó porque MacLeod fuera premiado en lugar de Best y compartió su parte del Nobel con este último.

En 1922 se inyectó insulina a un niño diabético y los resultados fueron espectaculares. En 1923 se empezó a producir insulina a partir de páncreas de buey y cerdo. Se necesitaban 800 a 1000 kg de páncreas para obtener 100 g. de insulina cristalizada. Como la acción de esta insulina es de corta duración y requería frecuentemente de otra administración a media noche, se desarrollaron insulinas de acción prolongada. La insulina no sólo disminuye la glucosa en sangre, también aumenta su transporte al interior de las células, su conversión a glucógeno y su oxidación. En la actualidad, existen diversos preparados de insulina con diferente velocidad de absorción, lo que permite un mejor tratamiento a los pacientes.

La insulina es una hormona de naturaleza proteica, producida por las células “beta” del páncreas. La dilucidación de su estructura es una proeza realizada en 1954 por Frederick Sanger y colaboradores. Ellos establecieron el orden o secuencia (“estructura primaria”) de sus 51 aminoácidos, utilizando el método químico tradicional para estudiar grandes moléculas: fragmentarlas en trozos pequeños que, después de ser identificados, se unen como las piezas de un rompecabezas. Fue la primera vez que se conoció la estructura primaria de una proteína y, por este logro, Sanger ganó el Premio Nobel de Química, 1958.

Luego se estudió la insulina de varias especies animales, encontrándose que la insulina de los vertebrados consta de 2 cadenas peptídicas (“A” y “B” de 21 y 30 aminoácidos respectivamente) y tres puentes disulfuro (−S−S−). Las insulinas de diferentes especies pueden diferir sólo en algunos aminoácidos. Así, las de humanos, vacunos y corderos difieren en los aminoácidos 8, 9 y 10 de la cadena “A”. Como estas diferencias tienen poco efecto en su actividad biológica, la insulina de una especie presenta actividad en otra especie.

La insulina también fue la primera proteína en ser sintetizada. En los años 1963-1965 grupos de científicos de USA, China y Alemania lograron sintetizarla, pero su aplicación a escala industrial era difícil por su alto costo y complejidad (consta de 170 reacciones). En 1980 se logró transformar insulina de porcino en humana, sustituyendo alanina (aminoácido Nº 30 de la cadena “B”) por treonina. El uso de insulina humana carece de los inconvenientes que producen las de origen animal (molestias renales y afecciones oculares). Actualmente se produce insulina humana mediante técnicas de ingeniería genética, constituyendo uno de los mayores logros médicos del siglo XX.

BIBLIOGRAFÍA

1.      Neckers y Doyle.- Química Orgánica.- Tercera edición. México 1985.

2.      http://www.iqb.es/d_mellitus/historia/historia06.htm

 Q. F. Juan José León Cam <jjleon@lamolina.edu.pe>

Departamento de Química.- Universidad Nacional Agraria La Molina