Aprender a leer el genoma: Fred Sanger
Fred Sanger falleció a los 95 años el pasado martes 19 de noviembre. Sus obituarios destacan que obtuvo dos premios Nobel. Prefiero decir que es sin duda una de las personas que más ha hecho por la salud y el bienestar de la humanidad. Sanger diseñó primero procedimientos para obtener la secuencia de los aminoácidos que componen las proteínas y los utilizó para definir la estructura de la insulina, por ello, a los cuarenta años, obtuvo el Nobel en Química en 1958. Conocer en detalle la estructura de la insulina permitió, antes de que se extendiesen las técnicas de Ingeniería Genética, que la empresa Novo modificase la insulina porcina para inyectarla en los enfermos de diabetes sin que produjese efectos adversos. Para ello fue crucial el saber que solo se diferenciaban en un aminoácido.
Fred Sanger. A su izquierda está montado un gel de secuenciación de ADN como los usados para secuenciar en la década de los 80.
Comenté en otro lugar cómo en el verano de 1972, poco antes de doctorarme, asistí durante el congreso de la Federación de Sociedades de Bioquímica Europeas en Amsterdam a una conferencia de Charles Weissman, en ese momento la persona que más secuencias de ARN, el material genético de algunos virus, había descifrado. Weissman iba sacando un largo rosario de cuentas blancas del interior de un balón que utilizaba como modelo del bacteriófago Qbeta, un virus de la bacteria Escherichia coli. Con amplias brazadas iba literalmente sembrando el escenario de uno de los salones del RAI con una larga ristra de cuentas, más y más cuentas blancas. De vez en cuando aparecía un corto trecho de cuentas de colores, las que en esos momentos había identificado como Adenina, Uracilo, Citosina o Guanina. Un alarde de luz y sonido según caía el rosario blanco al suelo y aparecían los colores, nadie le podrá negar a Weissman su habilidad como conferenciante. En su totalidad el genoma de Qbeta contiene 4217 bases. Por aquél tiempo parecía que descifrar la secuencia de un genoma, hasta el más sencillo, era poco menos que ciencia ficción.
Obtuvo Sanger un segundo Nobel, también en Química, en 1980. Esta vez se le premió por diseñar un procedimiento para determinar las secuencia de los ADNs con una sencillez y a una velocidad entonces revolucionaria, tanto que tras varias mejoras permitió en poco más de un cuarto de siglo la secuenciación completa del genoma humano. Competía por esos años el método propuesto por Sanger llamado también método “dideoxi” con otro que desarrolló Walter Gilbert, también premiado con el Nobel junto a Sanger. Parecía como la liga de fútbol, los expertos de uno u otro método lo defendían casi como seguidores de un equipo. Sin embargo en poco tiempo el método de Sanger mostró no solo que era más fácil de realizar, sino que se podía mejorar beneficiándose de muchos avances que lo hacían más rápido y menos peligroso. Uno de ellos fue el prescindir de compuestos radiactivos para detectar los productos de las reacciones necesarias para averiguar la secuencia.
En cualquier caso el secuenciar un fragmento de ADN todavía era en la década de los ochenta una tarea ardua, se necesitaban grandes geles para separar los fragmentos de diferente tamaño, cada uno de una base más, que indicaban si su final era Adenina, Timina, Citosina o Guanina y que permitían recomponer la composición y el orden de la secuencia formada por estos cuatro compuestos en el cromosoma del que procedían. La imagen de los científicos recordaba en algunos momentos a la de los cristaleros, iban de una mesa a otra con dos grandes planchas de vidrio sujetas entre sí con pinzas y entre las que se encontraba una delgada lámina de gel de poliacrilamida. Al pasar una corriente eléctrica por ella se separaban los fragmentos según su tamaño. Se avanzaba lentamente, unos cientos de bases cada día, había que trocear primero el ADN de manera ordenada para luego secuenciar los fragmentos y tras ello colocar las secuencias en el orden correcto, fragmento tras fragmento.
Secuenciar el genoma humano, que al final se ha visto está formado por unos tres mil millones de pares de bases, parecía en aquellos años una tarea hercúlea. En las reuniones sobre el Genoma que se celebraron en Valencia en 1988 y 1990, cuando ya se había avanzado casi una década de trabajo en el proyecto Genoma Humano, hubo un participante que propuso que, para avanzar más, durante el servicio militar cada recluta secuenciase un fragmento de genoma. Por entonces, aunque en muchos países la mili era obligatoria, todavía se podía uno declarar pacifista sin correr peligro.
Recreación de una pareja de Neandertales. La secuencia de su genoma difiere poco, un 0,3 %, de la del ser humano actual.
Hoy basta con mirar cualquier periódico para enterarse de avances casi cotidianos en la secuenciación del genoma de fuentes diversas, desde hombres prehistóricos a olivos monumentales y en la investigación de numerosas enfermedades genéticas. En el futuro próximo, gracias a la nanotecnología, ya se nos anuncian avances que convertirán la secuenciación de un genoma en algo casi rutinario y al alcance de cualquier laboratorio de tamaño medio, avances que para empezar permitirán seguramente hasta diagnosticar las enfermedades hereditarias con más facilidad que una gripe.
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Comentarios
Excelente y necesario artículo. Sanger fue una mente privilegiada.
Un pequeño gazapo: los geles eran de poliacrilamida (¡esas malditas burbujas!)
A Pablo: gracias por la corrección. Eran poliacrilamida. Coloco además el enlace al trabajo en PNAS.
Sería interesante el estudio del genoma que provoca la sed insaciable de riqueza y de poder. No sé si es hereditario o se adquiere años después del nacimiento. Quizás podamos en el futuro identificar a los tiranos y a los ladrones que han asolado y siguen asolando a la sociedad humana. y de este modo prevenir sus efectos destructivos. Espero que la conducta ética no se vea afectada por las investigaciones genéticas. Aldous Huxley, en su obra “Un Mundo Feliz” hace referencia al hombre robot, el hombre máquina. El lavado de cerebro que practica la desinformación, con intereses políticos y económicos, es un vivo ejemplo.
¡Así que este es el c. que se inventó los geles de poliacrilamida! =) Qué tiempos. Me ha gustado el artículo, como siempre, y más por recordarnos a Sanger, uno de los grandes y puro Cambridge. Hay una cita suya muy célebre que creo que le retrata muy bien. Fue su contestación a la pregunta de por qué se pasaba de las proteínas, donde era el pope, al DNA. Y la respuesta fue: “It is like a voyage of discovery into unknown lands, seeking not for new territory but for new knowledge. It should appeal to those with a good sense of adventure”.
A Jose: Hola, la electrophoresis en gel de poliacrilamida no la inventó Sanger. Puedes ves una página de wikipedia que está bastante bien http://es.wikipedia.org/wiki/SDS-PAGE.
En Inglés está mejor: http://en.wikipedia.org/wiki/SDS-PAGE.
Como verás, la modalidad de SDS-PAGE la aplicó para determinar el peso molecular de las proteínas un español, Eladio Viñuela, cuando era postdoctoral: doi:10.1016/0006-291X(67)90391-9.
¡Ya lo sé Miguel Vicente! Ni inventó la cromatografía con la que secuenció la insulina ni ninguna otra técnica analítica de separación. Bueno, no se secuencia con geles SDS, pero da igual. ¡¡Tampoco es un c. quien la inventara!! A veces hago bromas que sólo entiendo yo.
A Eladio lo llegué a conocer, no así a su mujer, y aunque me advirtieron de que era un ogro yo no vi nada de eso, sino todo lo contrario.
Respuesta a la respuesta de Jose.
Vale. Ojo (por si acaso), que en mi respuesta especificaba que la SDS-PAGE se usó para determinar pesos moleculares de proteínas, no la asocié para nada con secuenciación DNA. Me pareció que hablar de electroforesis y poliacrilamida sin mencionar a Eladio no queda bien ¿Y por lo demás, cómo quieres que sin conocerte sepa yo que tu sabes lo que sabes? Ayudo lo que puedo, pero los milagros se me resisten todavía… perserveraré. Saludos.
Miguel Vicente, que son tonterías. Somos todos del oficio y yo estoy muy agradecido porque te hayas acordado de Sanger y más aún por tomarte la molestia de llevar este blog. Quizá me paso de desenfadado, no sé. No quería molestar. Para que te hagas una idea, entro a los blogs según espero respuesta de las bases de datos o el ordenador se lo piensa antes de acabar un análisis de lo que sea. Vamos, cuando estoy aburrido, y esa es una situación ideal para escribir tonterías.
Qué grande fue Frederick Sanger, ¿cierto? Es uno de mis ídolos. Se ganó merecidísimamente un nobel y hubo quien le “tachó” de técnico por no ser científico. Luego se cambió de línea de investigación “a ver qué se cuece por ahí”, y ganó otro Nobel igual de merecido, si no más. Con un par. A ver quién es el guapo capaz de contar las vidas que ha salvado.
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Profesor "ad honorem" del CSIC. Dirigió un 
Investigador principal del 
Profesor de Microbiología en la 
Hola, Miguel.
Como siempre, es un placer leer tu blog.
Sin duda, la revolución en la secuenciación de genomas no ha hecho sino empezar. Mi apuesta es que, en unos pocos años, será práctica habitual leer el genoma de cada niño al nacer, como una forma efectiva de prevención de futuras enfermedades con origen genético (incluyendo diabetes, obesidad, cáncer hereditario, etc). Por centrarnos en microbiología, en el caso de las bacterias peligrosas en brotes hospitalarios, es algo ya de práctica común (por ejemplo: http://bit.ly/QLjVRE).
Gracias.
Un abrazo,
Paulino Gómez-Puertas.
Centro de Biología Molecular Severo Ochoa – CSIC.