¿Cómo se fabrica más ADN? El experimento más hermoso de la biología molecular

En este apartado hablamos de las investigaciones que sucedieron la construcción del modelo de la doble hélice y que permitieron entender cómo funciona esta molécula.

La historia del ADN no se terminó con el descubrimiento de su estructura. Un mes después de la publicación en Nature del artículo citado, Watson y Crick publicaron otro en el que sugerían cómo se copiaba la molécula de ADN. Su hipótesis era que una de las cadenas helicoidales actuaba de molde para la formación de cadenas nuevas. En 1958 dos líneas de evidencia distintas sugerían que la idea era acertada. Una fue el descubrimiento de una enzima, la ADN polimerasa, que puede producir cadenas nuevas de ADN.

La otra evidencia resultó de un ingenioso experimento, realizado por Matthew Meselson y Francis Stahl, conocido como el “experimento más hermoso de la biología molecular”. Estos dos científicos usaron un isótopo radioactivo del nitrógeno, el nitrógeno 15 (N¹⁵) sobre la incorporación de ese elemento durante la replicación de ADN en sucesivas generaciones de bacterias Escherichia coli. Mostraron que cuando el ADN se duplica, cada una de sus cadenas pasa a las células hijas sin cambiar y actúan de molde o patrón para formar una segunda hebra y completar así las dos doble cadenas.

Meselson y Stahl cultivaron esta bacteria en un medio que contenía un isótopo de nitrógeno pesado N¹⁵. Pensaron que, como el nitrógeno es necesario para la síntesis de las bases que componen el ADN, cuando las bacterias se duplicaran, su genoma contendría N¹⁵. Luego de sucesivas duplicaciones en presencia de N¹⁵, tomaron una muestra de esas bacterias y las cultivaron en presencia de nitrógeno liviano (N¹⁴) durante el tiempo necesario para lograr una sola duplicación. Tomaron una muestra y permitieron otra duplicación celular. Por último, hicieron crecer las bacterias desde un principio solo con un medio que contenía N¹⁴.

Una vez que tuvieron las cuatro muestras provenientes de las distintas condiciones de cultivo (N¹⁵ solamente; N¹⁵ y N¹⁴ durante una generación; N¹⁵ y N¹⁴ por dos generaciones, y N¹⁴ solamente) aislaron el ADN de cada muestra y lo separaron de acuerdo con su densidad mediante centrifugación en gradiente. ¿Qué encontraron?

• Tubo 1: sólo una banda correspondiente a N¹⁵
• Tubo 2: una banda de densidad intermedia entre la anterior y la de N¹⁴
• Tubo 3: 2 bandas: una igual a la intermedia y otra como la de solo N¹⁴
• Tubo 4: sólo una banda correspondiente a N¹⁴

¿Qué había pasado? Las bacterias que crecieron en presencia de N¹⁵ o de N¹⁴ solamente, contenían en su ADN sólo uno de estos isótopos.

Cuando las bacterias que habían sido cultivadas en N¹⁵ fueron duplicadas en presencia solo de N¹⁴, las moléculas de ADN fueron sintetizadas utilizando como molde las cadenas originales (con 15N) a partir de bases con 14N. Por lo tanto, todas las bacterias contenían una molécula de ADN con una cadena con N¹⁵ y la otra con N¹⁴.

En el tubo 3 partimos de la situación anterior: todas las bacterias contienen una molécula de ADN con las cadenas formadas por isótopos diferentes. Estos microorganismos se duplicaron nuevamente en presencia de N¹⁴ solamente. Lo que pasó en este caso fue que se generaron bacterias con ADN que contenían ambos isótopos (aquellas que resultaron de la síntesis de ADN usando la cadena pesada como molde) y otras con ADN solo con N¹⁴ (aquellas cuyo molde fue la cadena liviana). De esta manera quedó demostrada la naturaleza semiconservativa de la replicación del ADN.