Werner Arber, el nobel que impulsó la ingeniería genética

 

En un lejano 1978, tres científicos ganaron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina por el “descubrimiento de las enzimas de restricción y sus aplicaciones a los problemas de genética molecular”, según la Fundación Nobel. Hamilton Smith, Daniel Nathans y Werner Arber fueron premiados por sus trabajos que ayudarían enormemente a la comprensión de la vida misma y tendrían aplicaciones en ingeniería genética.

“El intercambio de material genético se ha observado ampliamente en prácticamente todos los organismos vivos. Esto sugiere que el intercambio genético debe haber sido practicado desde hace mucho tiempo, tal vez desde que la vida ha existido. Las normas seguidas por la naturaleza en el intercambio de información genética son estudiadas por genetistas. Sin embargo, mientras la naturaleza química del material genético se mantuvo desconocida, la genética era una rama bastante abstracta de la ciencias biológicas”, así afirmaba Werner Arber en su discurso de aceptación del Nobel.

El profesor Arber (1929-) es un microbiólogo y genetista suizo que, aunque hoy está retirado, todavía sigue los avances de la ciencia y la tecnología. Y hasta el año pasado fue presidente de la Pontificia Academia de las Ciencias (PAS), del Vaticano. Hace unos meses Ciencia del Sur habló con él sobre sus investigaciones, su vida diaria y su visión sobre la ciencia.

El microbiólogo estudió en el Instituto Federal de Tecnología de Zúrich y se doctoró en la Universidad de Ginebra. Pasó también por la Universidad de California en Berkeley y por la Universidad del Sur de California. Enseñó biología molecular en la Universidad de Basilea, Suiza.

Hoy está seguro de que su principal contribución a la ciencia ha sido ayudar a la comprensión de las leyes de evolución biólogica mediante sus enzimas de restricción o «tijeras», que permitieron el amplio desarrollo de la ingeniería genética y de la biotecnología.

-¿Es la biología molecular que enseñó en Basilea en los años 70 muy diferente a la de hoy?

Después de mi educación doctoral iniciada en 1953 en la Universidad de Ginebra, seguida de un año posdoctoral en la Universidad del Sur de California en Los Ángeles, comencé en 1960, nuevamente en la Universidad de Ginebra, como líder de proyecto para estudiar los efectos de la radiación sobre las bacterias y sus virus (bacteriófagos).

En 1971 me trasladé a la Universidad de Basilea como profesor de genética microbiana. En ese momento, ya se sabía que los filamentos de ADN contenían información genética relevante para las manifestaciones vitales de los organismos vivos. Pero todavía no se sabía leer el mensaje genético y explorar sus funciones sistemáticamente.

-¿Cómo se interesó por las bacterias?

Las bacterias son organismos autónomos uncelulares con un tiempo de generación de aproximadamente una hora. Por lo tanto, se obtiene en uno o dos días de crecimiento en medios líquidos y temperatura apropiada grandes poblaciones de progenie de las bacterias de entrada. Las investigaciones científicas se pueden hacer fácilmente con bacterias no patógenas y también con sus bacteriófagos.

-¿Cómo llegó a la conclusión o idea de las enzimas de restricción?

Cuando comencé mi investigación en 1960 sobre los efectos de la radiación, inesperadamente tropecé con un fenómeno llamado modificación controlada por el anfitrión. Al cambiar el tipo de bacteria huésped para la propagación de un bacteriófago, a veces ocurre que solo una célula infectada en aproximadamente 100.000 produce progenie de bacteriófago.

Esta progenie puede luego propagarse aún más en su segundo huésped, pero puede encontrar una fuerte limitación de crecimiento en su anterior cepa huésped. Se observó experimentalmente que el ADN de bacteriófagos infectantes en huéspedes bacterianos que no producen progenie de fagos se degrada rápidamente después de la infección.

En experimentos posteriores, podríamos demostrar la alta eficacia de esta reacción de restricción, que también actúa contra el ADN bacteriano extraño tras su penetración en las células del huésped de restricción.

En cuanto a la adaptación al nuevo huésped por bacteriófagos raros, pudimos identificar una metilación específica del huésped del genoma del fago superviviente en sitios de «reconocimiento» específicos de la cepa.

En síntesis, el ADN microbiano infectante cultivado en otra cepa huésped puede tener algunos grupos metilo en otros sitios, de modo que los sitios identificados por la endonucleasa de la nueva cepa huésped romperán rápidamente el genoma del fago invasor en fragmentos.

Solo en raras ocasiones una metilación rápida específica del sitio por la enzima de modificación evita la inactivación por fragmentación del ADN extraño invasor. La enzima de modificación también metila de manera eficiente todos los sitios de reconocimiento específicos de la cepa en el genoma bacteriano afectado con el fin de evitar cualquier escisión del genoma del huésped por la propia enzima de restricción de las células.

-¿Sabía que su investigación iba a tener aplicación en la ingeniería genética?

Sí, esperábamos ser capaces de aislar las enzimas de restricción. Se esperaba que estos sirvieran para fragmentar sistemáticamente el ADN del genoma y para separar fragmentos particulares de ADN para determinar en condiciones apropiadas tanto sus estructuras de nucleótidos como sus funciones biológicas.

En ese momento, ya se sabía que en el mundo microbiano a veces sucede que un segmento de ADN se inserta en un genoma de plásmido o fago, sirviendo de ese modo como vector natural para el gen extraño y permitiendo en las condiciones adecuadas la propagación del segmento de ADN en cuestión sobre la replicación de su molécula de vector.

-¿Qué aplicaciones actuales en ciencia y biotecnología tienen sus descubrimientos y trabajos?

La ingeniería genética fue posible gracias a la disponibilidad de varias enzimas de restricción a principios de los años 70.

-¿Por qué es tan importante la investigación interdisciplinaria?

Comencé mi trabajo experimental en la década de 1950 como microscopista electrónico, trabajando con mutaciones de bacteriófagos que actúan como vectores de genes naturales. Por lo tanto, los resultados obtenidos me estimularon a emprender también estudios sobre la genética microbiana relevante y luego también a explorar las estructuras de nucleótidos y las funciones biológicas de la información genética.

Importantes ideas sobre procesos biológicos a menudo provienen de enfoques interdisciplinarios.

-¿Cuál es el futuro de la biología molecular?

En los últimos años se ha prestado más atención a estudiar los efectos de la cohabitación de diferentes tipos de organismos vivos en los mismos hábitats. Piense, por ejemplo, en los microbiomas, es decir, en su mayoría, en los efectos simbióticos entre los microorganismos y las plantas y animales superiores, incluidos los seres humanos.

Otros campos de impacto de los factores ambientales en las funciones de vida de los individuos también merecen atención adicional. Un proceso todavía completamente desconocido debe haber estado promoviendo el origen de la vida en nuestro planeta Tierra.

Posiblemente las metodologías astrofísicas pueden ayudar a adquirir gradualmente el conocimiento sobre la vida existente tal vez en algunos exoplanetas. Si es así, ¿son las propiedades fundamentales de la vida idénticas en varios sitios del universo?

-¿Cambió su vida después de ganar el Premio Nobel?

Cuando inesperadamente recibí el Premio Nobel a la edad de 49 años, traté de no cambiar fuertemente mi vida científica y privada en lo que logré hasta cierto punto. Los ganadores del premio Nobel a menudo son solicitados por varios grupos de personas para prestarles algún servicio.

De ese modo, aprendí rápidamente a actuar selectivamente y solo ocasionalmente dar una respuesta positiva. Muchas de estas tareas enriquecieron mi vida.

-Pero también pudo continuar trabajando e investigando. ¿Verdad?

Sí, en las últimas dos décadas de mi empleo a tiempo completo exploré intensamente la mutagénesis experimentalmente espontánea en poblaciones microbianas, es decir, la fuerza impulsora de la evolución biológica. Todavía estoy impresionado de haber recibido información sobre las leyes de la naturaleza para la evolución biológica.

La naturaleza es, por lo tanto, bastante inventiva y utiliza una serie de métodos diferentes para proporcionar ocasionalmente a los individuos la capacidad de adaptarse a hábitats cambiantes. Uno puede atribuir los mutantes novedosos ocasionalmente producidos a tres estrategias naturales de variación genética.

Estos son (a) cambios locales en la secuencia de nucleótidos del genoma, (b) la reorganización de un segmento de ADN dentro del genoma, y​ (c) la adquisición de un segmento relativamente corto de un genoma extraño mediante transferencia horizontal de genes. Las propiedades funcionales de variantes nuevas se comparan con las de individuos parentales mediante selección natural darwiniana.

En general, las nuevas variantes genéticas proporcionan, por lejos, no siempre capacidades para un avance evolutivo. Es notable ver cuán cuidadosamente la madre naturaleza procede de ese modo para proporcionar a la población las posibilidades tanto para adaptarse a las condiciones de vida alternativas como para preservar las capacidades genéticas de la población afectada.

Se sabe que los productos específicos de genes que llamamos «genes de evolución» actúan como generadores de variación o como moduladores de las frecuencias de variaciones genéticas, por lo que los elementos no genéticos, como la flexibilidad estructural de un nucleótido que exhibe una forma tautomérica de vida corta, pueden también contribuir a la variación genética espontánea.

Las leyes naturales aquí descritas de la variación genética se han establecido después del trabajo experimental con bacterias. Existe una evidencia creciente de que estas leyes también son relevantes para la evolución biológica de organismos multicelulares superiores.

-¿Cuál es su principal contribución al conocimiento?

Considero que nuestra comprensión de las leyes naturales de la evolución biológica es una de mis contribuciones al conocimiento científico. Parte de mi trabajo inicial contribuyó fuertemente tanto al conocimiento estructural y funcional sobre el genoma de los organismos vivos.

-¿Cómo califica la educación universitaria europea actual?

La educación universitaria europea puede competir plenamente con los sistemas universitarios en otros continentes. Algunas de las universidades europeas pertenecen a las principales instituciones de todo el mundo.

-¿Cuál es el trabajo diario de un Premio Nobel como usted?

Mi trabajo diario todavía sigue el avance científico, pero sin hacerme contribuciones esenciales.

-Fue presidente de la Pontificia Academia de las Ciencias, donde pasó el propio Galileo Galileo, pero también es una institución creada por Clemente VIII, papa durante la quema en la hoguera de Giordano Bruno. ¿Cambió mucho esta institución?

En 1981 me hice miembro de la Academia Pontificia de las Ciencias (PAS). Desde su constitución original en 1603, su estructura y funciones se han adaptado a nuevas necesidades varias veces.

-¿En qué está trabajando actualmente la academia?

Hoy en día, el PAS sigue varios aspectos del avance en el conocimiento científico y sus aplicaciones. La academia presta atención a los impactos obvios y posibles en la humanidad y su desarrollo sostenible. Las conclusiones y recomendaciones relevantes se señalan a la atención de la Iglesia. Durante casi siete años tuve el privilegio de ser el presidente del PAS.

-Para usted, ¿hay un conflicto entre la ciencia y la fe?

En mi opinión, tanto la ciencia como las creencias religiosas pueden ser una base fructífera para obtener una visión profunda del mundo en el que vivimos.

-¿Qué pasatiempos le gustan?

Como emérito, considero la ciencia como uno de mis hobbies. Pero también me gusta ir de excursión por el paisaje, y leo los periódicos.

-¿Su esposa lo ayudó y lo apoyó a lo largo de su carrera como científico?

Antes de nuestro matrimonio, mi esposa había sido secretaria en un laboratorio de análisis microbiano. Ella todavía tiene un amplio interés y constantemente me brinda ayuda y apoyo altamente bienvenidos.

 

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