Severo Ochoa y Arthur Kornberg: un Nobel muy especial

Uno de los premios Nobel de Medicina que tras su concesión levantó gran polémica, pero que pese a ello ha tenido repercusiones muy positivas, ha sido el que se concedió el año 1959 al español Severo Ochoa (1905-1993) y al norteamericano Arthur Kornberg (1918-2007) por haber descubierto dos enzimas que, todo indicaba, serían las responsables de la biosíntesis del ARN y el ADN, respectivamente

Cuando se cumplen cien años del nacimiento de Kornberg y casi 60 de la concesión del Premio, es interesante analizar sus propias investigaciones y todas las que vinieron después, y que convierten su Nobel en un premio muy especial.

Las enzimas del Nobel

Ochoa y Kornberg  comenzaron a interesarse por el mecanismo de síntesis de los ácidos nucléicos a partir de la publicación por parte de Watson y Crick en el año 1953 del modelo de la doble hélice del ADN que, además, sugería cómo se podía llevar a cabo dicha síntesis.

A los pocos años, tras arduos trabajos, Severo y Arthur aislaron de forma independiente (aunque Kornberg hizo una estancia en el laboratorio de Ochoa para aprender las técnicas de análisis de las enzimas y en cierto modo se puede considerar su “discípulo) dos enzimas que podrían explicar los mecanismos moleculares de la síntesis del ADN y el ARN.

Kornberg concretamente aisló a partir de la bacteria omnipresente en el intestino humano, Escherichia coli, la enzima ADN polimerasa que in vitro y sobre ADN obtenido de distintos organismos, era capaz de sintetizar de nuevo cadenas complementarias de ADN incorporando los 4 desoxirribonucleótidos (Adenina, Timina, Citosina, Guanina) que forman parte de tales moléculas.

Ochoa por su parte aisló de otra bacteria, Azotobacter vinelandii, la polinucleótido fosforilasa que también in vitro y a partir de los 4 ribonucleótidos (A, C, G y Uracilo en vez de Timina) del ARN, era capaz de sintetizar cadenas de esta macromolécula, lo que sugería que podía ser la enzima que copiaba in vivo la información que lleva el ADN en ARN.

No todo es lo que parece

Al poco de que se les concediera el Nobel se realizaron algunas observaciones que ponían en duda el papel de estas dos enzimas. En el caso de la ADN polimerasa de Kornberg se encontró que había bacterias que tenían mutado el gen que controla dicha enzima y que, sin embargo, no tenían problemas para replicarse y vivir. Así las cosas, comenzaron una serie de investigaciones -en las que tuvo un papel importante el propio hijo de Kornberg, Thomas B. Kornberg que pusieron de manifiesto que  Escherichia coli dispone de varias ADN polimerasas diferentes -hasta 5 – que pueden sintetizar y copiar el ADN. Y en dichas  investigaciones ya se concluyó que la ADN polimerasa descubierta por Kornberg -que  se nombró como ADN polimerasa I- actuaba cuando en la bacteria se producían procesos de reparación y procesado del ADN, siendo otra -la llamada ADN polimerasa III- la que actuaba mayoritariamente en su síntesis.

Nobel Laureate Arthur Kornberg (left) with his son Roger Kornberg, who was awarded the Nobel Prize in Chemistry 2006. Copyright © Stanford News Service 2006 Photo: Linda A. Cicero

Nobel Laureate Arthur . Kornberg (left) with his son Roger Kornberg, who was awarded the Nobel Prize in Chemistry 2006. / Copyright © Stanford News Service 2006Photo: Linda A. Cicero

Asimismo, también enseguida se pusieron de manifiesto algunos problemas de la enzima descubierta  por Ochoa.  Y es que además de no necesitar molde de ADN sobre el que sintetizar  las cadenas de ARN, lo que no era normal  in vivo, y no necesitar para la síntesis de la presencia de los 4 ribonucleótidos,  se veía que si la reacción in vitro persistía  mucho tiempo lo que hacía la enzima era degradar todas las cadenas de ARN que se habían sintetizado previamente. Así las cosas se emprendieron investigaciones que pusieron de manifiesto  que in vivo la síntesis de ARN a partir del ADN es llevada a cabo por otra enzima diferente-la llamada ARN polimerasa-y que la enzima descubierta por Ochoa en realidad lo que hace es degradar el ARN y, en todo caso, añadir ribonucleótidos  de forma inespecífica  en el extremo de ciertas cadenas de ARN previamente sintetizadas por la ARN polimerasa.

El nacimiento de la ingeniería genética

Aunque tras la concesión del Nobel no se pudieron confirmar los papeles inicialmente asignados a las dos enzimas descubiertas por Kornberg y Ochoa, su utilización fue muy útil para aclarar, en primer lugar, algunos aspectos básicos del funcionamiento de los seres vivos.

Así, tras los experimentos in vitro de Kornberg con la ADN polimerasa I se estableció cómo se lleva a cabo la síntesis del ADN in vivo.

 

Imagen: autor

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A su vez, muchos experimentos llevados a cabo por Ochoa y otros investigadores con su enzima contribuyeron a aclarar que en los seres vivos existe un código genético de tripletes de nucleótidos por el que se transfiere de forma específica la información contenida en el ADN a la secuencia de aminoácidos de las proteínas, aunque no directamente sino pasando por la síntesis de un ARN que lleva la información a las proteínas.

Ochoa no publicó ningún libro sobre sus investigaciones,  pero se han publicado varios por otros autores entre los que destacan el de Marino Gómez Santos “Severo Ochoa. Biografía Esencial”, 2005. Fundación Lilly, y el de Juan Fueyo “Exilios y Odiseas. La historia secreta de Severo Ochoa”, 2017. Editorial Milenio.

Por otro lado, los experimentos de Ochoa y Kornberg  se han considerado la piedra angular de  la Ingeniería Genética al demostrar por primera vez que es posible sintetizar de forma artificial el ARN y  ADN, y además porque sus enzimas fueron de las primeras que se incorporaron al kit de herramientas de esta tecnología. E incluso a Kornberg se le tiene como el pionero de la síntesis artificial de vida, al considerarse por algunos al ADN como la molécula de la “vida”, y porque además fue capaz de sintetizar de forma artificial el ADN de un virus y demostrar que era infectivo. De hecho, cuando se dieron a conocer los experimentos de ambos, diversas personalidades políticas y sociales -incluido el entonces presidente de USA, L.B. Johnson- les dieron casi la misma importancia que Clinton y Blair han dado más recientemente a la secuenciación del genoma humano.

Ochoa y Kornberg no trabajaron solos sino en equipo en los que destacaron dos mujeres: Marianne Grunberg-Manago con el primero, y con Kornberg su primera esposa Sylvyl.

Ochoa y Kornberg no trabajaron solos, sino en equipos en los que destacaron dos mujeres: Marianne Grunberg-Manago con el primero, y con Kornberg su primera esposa Sylvy (en la imagen en el Stanford laboratory, ca 1960) / Imagen: U.S National Library of Medicine, Profiles in Science. Courtesy of Arthur Kornberg Kindly provided by U.S. National Library of Medicine

En contraste, diez años después del Nobel de Ochoa y Kornberg se le concedió el premio Nobel a tres investigadores, Nirenberg, Khorana y Holley, por su contribución a aclarar el código genético de tripletes de nucleótidos de los seres vivos, sin tener en cuenta lo mucho que aportó Severo Ochoa por sus experimentos con “su” enzima, como reconoció el primero de ellos en su defensa del Nobel: ¡la mayoría de sus citas bibliográficas eran del grupo de Ochoa!

Kornberg sí publicó un libro sobre su vida científica: “For the love of enzymes. Odyssey of a Biochemist” 1989, Harvard University Press, y hay un texto más reciente de  E.C. Friedberg: “Emperor of Enzymes. A biography of Arthur Kornberg , Biochemist and Nobel Laureate”, 2016, World Scientific.

Manuel Ruiz Rejón

Bibliografía

  1. Grunberg-Manago, M.; S. Ochoa. 1955. Enzymatic synthesis and breakdown of polynucleotides: polynucleotide phosphorilase. J. Am. Chem. Soc, 77: 3165-66.
  2. Kornberg, A. and al. 1956. Enzymic synthesis of deoxiribonucleic acid. Biochem. Biosys Acta. 21: 197-198.
  3. Kornberg, Th.; Gefter, M.L.1970. DNA synthesis in cell free extracts of a DNA polymerase defective mutant. Biochem. Biophys. Res. Comun. 40: 1348-55.
  4. Furth, J. et al. 1962. The role of Deoxyribonucleic Acid in Ribonucleic Acid synthesis. I. The purification and properties of Ribonucleic Acid Polymerase. J. Biol. Chem. 237: 2611-19.
  5. Kwon, D. 2017. Sylvy Kornberg: Biography of a Biochemist. The Scientist, June 13.