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Rosalind Franklin, la científica oscura

27 de julio de 2018

Por Amapola Nava Ciudad de México.(Agencia Informativa Conacyt).- “Mi querido Francis. Gracias por la carta sobre los polipéptidos. Creo que te interesará saber que nuestra dama oscura nos deja la siguiente semana y la mayoría de los datos tridimensionales ya está en nuestras manos”. Esas fueron las primeras palabras que le escribió el físico Maurice Wilkins al biólogo molecular Francis Crick en una carta, en marzo de 1953. La “dama oscura” no necesitaba presentación, ellos sabían perfectamente su nombre.

Once años después, ambos científicos, junto con el biólogo James Watson, recibieron el Premio Nobel por establecer la estructura molecular del ADN, pero en sus discursos de aceptación no volvieron a mencionar a la “dama oscura” de la carta, a la mujer cuyos datos tridimensionales fueron fundamentales para revelar la estructura del ADN. Esta “dama oscura” era la química Rosalind Franklin, y solo fue reconocida de manera oficial hasta 30 años después.

Rosalind Franklin nació el 25 de julio de 1920, en una familia inglesa acomodada. Entre sus miembros no era raro que las mujeres estudiaran. Incluso su abuela, aunque no ejercía su profesión, terminó una carrera universitaria. Aun así, una de sus tías describió a Rosalind como una niña “alarmantemente inteligente”.

A los 18 años la aceptaron en la Universidad de Cambridge para estudiar química dentro de la rama de las ciencias naturales. Desde entonces, Rosalind se interesó por conocer el mundo microscópico y comenzó una carrera científica que no abandonaría hasta el día de su muerte.

En 1941, cuando Rosalind se graduó, la Universidad de Cambridge no daba títulos de licenciatura ni posgrado a las mujeres, las estudiantes solo recibían un reconocimiento. Pero Rosalind pasó sus exámenes con honores y eso le ayudó a conseguir un trabajo como asistente de investigación.

Durante los siguientes nueve años trabajó en diferentes laboratorios estudiando la estructura y el arreglo de los átomos en diferentes sustancias. Gracias a sus tutores y a su trabajo, se convirtió en una experta en cristalografía de rayos X, una técnica que le permitía obtener imágenes para analizar la estructura ordenada de los sólidos a nivel molecular y atómico. Esta capacidad le permitió, en 1951, ganar una beca para trabajar en el King’s College, en Londres, donde conoció a quien la llamaría la “dama oscura”.

Tensión en el laboratorio

Maurice Wilkins trabajaba en el King’s College intentando descifrar la estructura del ADN. Utilizaba la cristalografía de rayos X, pero la técnica era compleja y la molécula de la vida se mantenía elusiva, así que al jefe del laboratorio se le ocurrió que Rosalind Franklin podría trabajar con el mismo objetivo y darle un impulso a la investigación.

Pero hubo un malentendido, Wilkins pensó que Rosalind sería su asistente y ella pensó que podría ser una investigadora independiente. Esto creó un ambiente de tensión entre los investigadores. Que los llevó a trabajar de manera independiente.

Dependiendo de las condiciones de humedad y temperatura, el ADN puede modificar un poco su forma, algo así como estirar o compactar un cabello rizado. Rosalind y Wilkins trabajaron con dos formas del ADN: la forma A y la forma B. Pero fue la forma B, la menos compacta, la que tenía una estructura más fácil de analizar.

El trabajo fue laborioso y necesitó de mucho ingenio, pero Rosalind junto con su estudiante de doctorado Raymond Gosling lograron obtener imágenes extraordinariamente nítidas para la fecha, entre ellas la famosa Fotografía 51 de la forma B del ADN, que le daría a Watson y a Crick la seguridad para publicar su modelo teórico en la revista científica Nature.

900Copia-de-la-Fotografía-51.-Imágen-de-la-colección-Linus-Pauling-and-the-race-for-DNA,-OSU-Libraries-Special-Collections-&-Archives-Research-Center.jpgCopia de la Fotografía 51. Imagen de la colección Linus Pauling and the race for DNA, OSU Libraries Special Collections & Archives Research Center.

La carrera por el ADN y la Fotografía 51

Mientras Franklin y Wilkins trabajaban en el ADN en el King’s College de Londres, Watson y Crick construían un modelo teórico para explicar la estructura molecular del ADN en el Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge. Watson y Crick no realizaban experimentos para construir su modelo, sino que analizaban los datos existentes para inferir la forma de la molécula, así que necesitaban evidencia sólida para justificar su propuesta.

Rosalind Franklin no tenía buena relación con Wilkins y no pensaba compartir sus resultados con Watson ni Crick, pues trabajaba en un manuscrito propio para describir la estructura del ADN. Así que en 1953 Wilkins decidió mostrarle, en secreto y sin consentimiento de Franklin, la Fotografía 51 a Francis Crick. El biólogo quedó asombrado y comenzó, junto con su compañero, a trabajar en la compleja estructura, que para ese momento ya sabían que era una doble hélice.

Poco después, Rosalind Franklin decidió que no quería trabajar en un ambiente de tensión como el del King’s College y anunció que se marcharía a trabajar a otro laboratorio. Fue entonces que Wilkins le informó a Crick que la “dama oscura” los dejaba. Por reglas del laboratorio, Franklin no podría volver a realizar investigaciones sobre la estructura del ADN y sus datos de laboratorio quedaron disponibles para los demás miembros del King’s College.

Un mes después, el 25 de abril de 1953, Watson y Crick publicaron un artículo donde daban a conocer la estructura tridimensional del ADN. En ese mismo número de la revista, Wilkins publicó otro artículo con sus resultados experimentales y Rosalind Franklin uno más con sus datos de difracción de rayos X. Pero estos dos artículos fueron tomados como una mera comprobación de la publicación de Watson y Crick.

400Micrografía-electrónica-del-virus-del-mosaico-del-tabaco.-Rosalind-Franklin-trabajó-para-descubrir-la-estructura-tridimensional-de-este-virus.jpgMicrografía electrónica del virus del mosaico del tabaco. Rosalind Franklin trabajó para descubrir la estructura tridimensional de este virus.Años después, Aaron Klug, alumno y colaborador de Rosalind Franklin, escribió que la científica estuvo también muy cerca de establecer la estructura del ADN, pero que en el momento no consideraba que los datos fueran suficientes como para proponerla de manera sólida. De hecho, una de sus biógrafas, Brenda Maddox, afirma que cuando le preguntaron sobre el modelo de Watson y Crick, Rosalind comentó: “es muy bonito, ¿pero cómo van a comprobarlo?”.

Unos años después, en 1958, el experimento de otros investigadores proporcionó la evidencia suficiente para aceptar el modelo de la doble hélice y en 1962 James Watson, Francis Crick y Maurice Wilkins reciben el Premio Nobel.

Por desgracia, Rosalind Franklin había muerto en 1958 por un cáncer de ovario y no pudo recibir el galardón. Pero desde 1953 hasta su muerte trabajó con éxito en descifrar la estructura molecular del virus del mosaico del tabaco y de otros virus; su discípulo Aaron Klug continuó su trabajo y recibió el Premio Nobel de química en 1982, por su trabajo sobre la estructura molecular de los virus.

¿Cómo saber la estructura de una molécula que cabe dentro de una célula?

La Fotografía 51, que tomó Raymond Gosling bajo la supervisión de Rosalind Franklin, no es exactamente una fotografía del ADN, pues no hay forma de ver directamente estas partículas tan pequeñas. Pero los científicos han ideado formas de obtener imágenes que muestran de manera indirecta cómo se acomoda la materia a nivel microscópico. Ese es el caso de la técnica de difracción de rayos X.

Para entender cómo funciona esta técnica, y cómo Franklin, Wilkins y Gosling obtuvieron imágenes del ADN, se puede realizar un experimento sencillo para ilustrar el fenómeno de difracción, explica el doctor Lauro Bucio, investigador del Instituto de Física de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) y miembro de la Sociedad Mexicana de Cristalografía.

“Con un apuntador láser y una malla muy fina, podemos hacer pasar el haz de luz a través de la malla y en la pared podremos ver que la luz láser produce lo que se conoce como un patrón de difracción”.

Este patrón de proyección es una imagen que deja la luz después de haber interactuado, con los filamentos que forman la malla. En el caso de la difracción de rayos X, las imágenes son el resultado de la interacción de los fotones con las moléculas del sólido que se está estudiando. A partir de estos patrones los científicos tratan de reconstruir y definir con qué tipo de estructura se encontraron los fotones de luz para generar una imagen así.

La difracción de rayos X es la herramienta por excelencia para la cristalografía, que es una disciplina que estudia el arreglo de átomos y moléculas en la materia ordenada.

El nombre de la cristalografía proviene del término krystallos, que se usaba en la antigua Grecia para designar al hielo traslúcido y eventualmente al cuarzo. Poco después, el término se extendió para nombrar a todos los materiales que tenían formas geométricas características, es decir, caras, vértices y aristas, detalla Lauro Bucio.

Los científicos creían que estas formas geométricas en los cristales se debían a que la materia estaba formada por partículas diminutas, que se acomodaban de una manera ordenada. El investigador de la UNAM explica que se puede visualizar esta idea al recordar el arreglo ordenado de los limones o naranjas en el mercado. Cuando las frutas se acomodan de una manera regular pueden formar figuras con caras, vértices y aristas.

¿Qué decía la Fotografía 51?

La Fotografía 51 es un patrón de difracción que fue el resultado de la interacción de los rayos X con la forma B del ADN. La imagen de la fotografía es bastante nítida, pero lograrla no fue cosa de un día.

400Experimento-de-difracción-con-laser.-Fotografía-de-Isaac-Rangel.jpgExperimento de difracción con láser, fotografía cortesía de Isaac Rangel.“Para obtener una buena imagen del patrón de difracción, primero se debe tener un arreglo periódico ordenado del material que se va a analizar. Dependiendo de la calidad del orden periódico en las moléculas de la muestra, será la calidad del patrón de difracción y la facilidad con la que se podrá resolver el problema de la estructura”, explica Lauro Bucio.

Así que los científicos deben trabajar, antes de realizar la imagen con rayos X, en preparar la muestra. Por ejemplo, en el caso del ADN, la cantidad de agua que había en la forma B del ADN ayudó a que las fibras no se comprimieran tanto y a obtener un arreglo de mejor calidad.

“Además, en un principio no lograban tener un arreglo ordenado de las fibras de ADN, porque son unas fibras microscópicas, y debían orientarlas todas correctamente. Es como si uno tuviera unos espaguetis desarreglados, apuntando a todas direcciones, en ese caso será difícil obtener un buen patrón de difracción que revele la estructura, pero si tenemos una forma de hacer que todas estas fibras estén alineadas y compactadas será más fácil”.

El investigador explica que Wilkins, Franklin y Gosling tuvieron que hacer bastante trabajo con las muestras de ADN y tuvieron que superar bastantes fracasos antes de obtener patrones de calidad tan buenos como el de la Fotografía 51.

De hecho, en un principio una situación desafortunada los llevó a un gran logro. Los científicos contaban con una excelente muestra de ADN que les proporcionó el bioquímico suizo Rudolf Signer, pero el aire interactuaba con los rayos X en su trayecto hacia el ADN y estropeaba la calidad del patrón de difracción. Ante este problema el estudiante Raymond Gosling consultó con el jefe del laboratorio, John Randall, quien les sugirió remplazar el aire por hidrógeno, burbujeando el gas a través de agua en la cámara donde realizaban las imágenes, explica Lauro Bucio.

“Esto, para fortuna de Gosling, produjo suficiente vapor de agua que fue absorbido por las fibras de ADN, haciendo que se produjeran cristalitos. Así, Gosling fue la primera persona en obtener cristales de ADN y un buen patrón de difracción, lo que perturbó a muchos científicos, como Watson, con el siguiente razonamiento: si hay un buen patrón de difracción, hay una estructura que determinar, y si esa estructura es la del ADN, ¡entonces conocer esa estructura es conocer la clave del código genético!”.

Científicos de carne, emoción y hueso

Lauro Bucio se interesó en la cristalografía desde la licenciatura y desde entonces se dedicó a la disciplina, fue presidente de la Sociedad Mexicana de Cristalografía y hoy trabaja en el Laboratorio de Cristalofísica y Materiales Naturales de la UNAM. El investigador sabe que desde los años 50 la disciplina ha avanzado de manera vertiginosa, ahora los científicos pueden controlar con mayor precisión la cantidad del flujo de rayos X que hacen pasar por los materiales y también focalizar un haz más fino en una sección pequeña de la muestra.

El físico detalla que en la actualidad la cantidad de aplicaciones de la cristalografía y los estudios por difracción son de gran relevancia en la medicina, en el desarrollo de nuevos fármacos, en la industria de los alimentos, en el estudio de cerámicas antiguas y, en general, en todas las áreas donde se necesite conocer la estructura de los materiales sólidos ordenados.

Pero las limitaciones que existían en la cristalografía en los años de Wilkins, Franklin y Gosling, lo hacen apreciar y disfrutar mucho más de la historia de cómo se descubrió la estructura molecular del ADN.

“La historia es fascinante porque tiene que ver con la conducta del ser humano y también con la creatividad. Lo que sucedió está muy lejos de la imagen que tenemos del científico, que trabaja sin que nadie lo moleste o que trabaja perfectamente en equipo, se puede ver que los científicos no estamos exentos al carácter humano”.

El investigador también recalca que hay muchas versiones de lo que sucedió, pero que la realidad es que hubo mucha gente involucrada y el resultado al que se llegó fue justo una consecuencia del trabajo de todas esas personas.

“Fue un trabajo arduo, en donde cada uno de los personajes: Watson, Crick, Wilkins, Franklin, Gosling y todos los demás, mostraron un chispazo de creatividad extraordinario. Para mí, después de todos los sentimientos que ocurren en los seres humanos, para bien o para mal, lo que en verdad queda es admiración por la imaginación y creatividad, que son manifestaciones que reflejan la manera particular que tuvo cada uno de estos personajes de hacer investigación”.

Aclaratoria para los difuntos

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La Sociedad Mexicana de Cristalografía se constituyó en noviembre de 1995.

Tiene alrededor de 100 miembros que se dedican a la investigación.

Es una sociedad sin fines de lucro que tiene como objetivo crear un foro de convergencia para todos los interesados en la cristalografía y sus aplicaciones; y promueve la enseñanza y divulgación de la disciplina.

En el libro La doble hélice: una reseña autobiográfica sobre el descubrimiento del ADN, que escribió James Watson en 1968, el científico llama a Rosalind Franklin como “Rosy”, una mujer antipática que no hubiera podido descifrar los resultados de sus propios experimentos. Durante el libro, James Watson hizo comentarios que el día de hoy serían considerados sexistas.

Por ejemplo: “Era inevitable pensar que el mejor lugar para una feminista era el laboratorio de otra persona”. O: “Un vistazo bastaba para sospechar que no iba a ceder fácilmente. Estaba decidida a no destacar sus atributos femeninos. Aunque era de rasgos enérgicos, no carecía de atractivo, y habría podido resultar muy guapa si hubiera mostrado el menor interés por vestir bien. Pero no lo hacía [...] Era evidente que, o Rosy se iba, o había que ponerla en su sitio”.

Pero en una aclaratoria final, el biólogo reconoce sobre Franklin:

“Dado que mis primeras impresiones sobre ella, tanto en lo científico como en lo personal (y que están reflejadas en las páginas iniciales de este libro), estaban con frecuencia equivocadas, deseo decir aquí alguna cosa sobre sus realizaciones. El trabajo de rayos X que llevó a cabo en King’s College está considerado, cada vez por más personas, como extraordinario. La mera separación de las formas A y B, por sí sola, le habría dado una gran reputación; mejor todavía fue su demostración en 1952, utilizando los métodos de superposición de Patterson, de que los grupos fosfatos tenían que estar en el exterior de la molécula de ADN”.

Como todo ser humano, Rosalind Franklin es un personaje de claroscuros. Al final, la escritora Brenda Maddox la describe como una persona que no era fácil de tratar, pero que fue entrañable para muchos de los que convivieron con ella. Meticulosa y apasionada por su trabajo, fue una científica orgullosa de su labor.

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