Genetikaren ibilbidea (V): Informazioa maneiatzen

Koldo Garcia

Aurreko atalean informazio genetikoak helize batean bidaiatzen zuela esan genuen. Baina nola kopiatzen zen informazioa? Nondik nora zihoan informazioa? Informazioa irakurtzeko gai izango ziren ikertzaileak? Eta informazio hori maneiatzeko? Urte gutxitan genetikak abiadura handia hartu zuen eta DNAren egituraren ostean gertatutakoa ekarriko dugu oraingo honetan.

DNA nola kopiatzen den azaltzeko hiru hipotesi proposatu ziren eta Meselson–Stahl esperimentuari esker, frogatu zen DNA modu erdi-kontserbakorrean kopiatzen dela. Matthew Meselson eta Franklin Stahl estatubatuarrek 1958an egindako esperimentu honetan, egile batzuek biologiako esperimenturik ederrena dela esan izan dute eta bertan E. coli bakterioak erabili zituzten DNAren harizpi berriak nola sortzen ziren zehazteko. DNA nitrogenoz osatua dagoenez, bi nitrogeno isotopo (mota) erabili zituzten. Mota bateko nitrogenotan hazi ostean, bere DNAn nitrogeno mota horretakoa bakarrik zuten bakterioak hartu zituzten eta beste nitrogeno mota batean hazi zituzten. Belaunaldi ezberdinetan bakterioen DNA hartu eta bere dentsitatea neurtzen zuten, nitrogeno mota bat bestea baino dentsoagoa zelako. Horrela, ikusi zuten belaunaldiz belaunaldi dentsitate ezberdineko DNAren proportzioa aldatuz zihoala eta, hortaz, DNA modu erdikontserbakorrean kopiatzen zela. Hau da, DNAren harizpi bikoitza banatzen da eta harizpi bakoitza harizpi berri baten molde bezala erabiltzen da.

1956an Francis Crickek, DNAren egitura ebatzi zuelako ezagutu genuenak, biologia molekularraren dogma nagusia proposatu eta 1970an berretsi zuen. Enuntziatu honen bidez informazio genetikoaren norabidea zein izan litekeen proposatu zuen. Laburki, informazioa DNAtik DNAra, DNAtik RNAra eta RNAtik proteinetara joan litekeela proposatu zuen. Hala ere orain badakigu eredu honek bi salbuespen dituela:

• RNAtik abiatuta beste RNA molekula bat sor daiteke, hots, DNAk bezala RNAk bere burua kopiatzeko gaitasuna du. Hau 1960ko hamarkadan aurkitu zen Polioaren birusa ikertzen.
• RNA erabilita DNA molekulak idatz daitezke. 1964an Howar Temin estatubatuarrak frogatu zuen hau, eta 1975ean Fisiologia eta Medikuntzako Nobel Saria jaso zuen aurkikuntza honengatik.

RNA proteinara nola itzultzen zen aztertzeko hainbat esperimentu egin ziren eta horrela ebatzi zen “kode genetikoa” bezala ezagutzen duguna. Kode genetiko deitzen diegu azido nukleiko eta proteinak osatzen dituzten aminoazidoen arteko baliokidetasun arauei. George Gamow sobietarrak proposatu zuen DNAren hirukote ezberdinak (ATA, GCT,…) bizian erabiltzen diren 20 aminoazidoen baliokideak izan behar zirela. 1961an Crick, Brenner, Barnett, Watts-Tobin izeneko esperimentuan egiaztatu zen DNA hirukoteetan irakurtzen dela. Hirukote hori genetikan kodon bezala izendatzen da. Urte berean Marshall Nirenberg estatubatuarrak eta Heinrich J. Matthaei alemaniarrak ikusi zuten “U” letra bakarrik zuen sekuentziak fenilalanina bakarrik zuen proteina sortzen zuela. Aurkikuntza honen ostean Severo Ochoa espainiarraren laborategian ebatzi zuten letra bakarreko beste sekuentziekin zer lortzen zen eta Har Gobind Khorana indiarrak gainontzeko kode genetikoa ebatzi zuen letra ezberdinen konbinaketa erabilita. Azkenik, Ochoaren lanean oinarrituta, 1964an Robert W. Holley estatubatuarrak kodoiak eta aminoazidoak lotzen dituen transferentziako RNAren egitura ebatzi zuen. Ochoak 1959an Medikuntza eta Fisiologia Nobel Saria eskuratu zuen RNArekin egindako lanengatik; Nirenbergek, Khoranak eta Holleyk 1968an Medikuntza eta Fisiologia Nobel Saria eskuratu zuten kode genetikoan egindako lanagatik.

DNA irakurtzeko metodoak garatu baino lehenago, DNA mozteko (eta itsasteko) metodoak garatu ziren. 1950eko hamarkadatik ezagunak ziren DNA mozten duten murrizte-entzimak deitutako molekulak, baina aurkitutakoek zoriz mozten zuten DNA. 1970ean Hamilton O. Smith, Thomas Kelly eta Kent Wilcox estatubatuarrek DNA sekuentzia jakin bat ezagutzeko eta mozteko gai zen lehen murrizte-entzima lortu zuten Haemophulus influenzae bakteriotik. Beranduago Daniel Nathans and Kathleen Danna estatubatuarrek agerian utzi zuten zuten murrizte-entzima mota hauen erabilgarritasuna DNA mapatzeko. 1978an Warner Arber suitzarrak, Nathansek eta Smithek Medikuntza eta Fisiologia Nobel Saria eskuratu zuten. Arberrek murrizte-entzimak ere aztertu zituen. Beren lanari esker DNA birkonbinatzailearen teknologia garatu zen.

1972an Walter Fiers belgikarrak eta bere taldeak lehenak izan ziren gene baten sekuentzia ebazten, eta 1976an SV40 birusaren genoma osoaren sekuentzia ebatzi zuten. Sekuentziazio hau RNA mailan egin zuten. Talde honek garatutako teknikak ia edozein gene kopiatzeko oinarri izan dira. Hurrengo urtean, 1977an, DNA lehen aldiz sekuentziatu zen. Bi esperimentu ezberdinetan egin zen: alde batetik Fred Sanger estatubatuarrak egindako saiakera eta bestetik Walter Gilbert eta Allan Maxam estatubatuarrek egindakoa. Esperimentu bakoitzean metodo ezberdinak erabili ziren baina Sangerrek asmatutakoak arrakasta handia izan zuen, DNA-sekuentzia luzeak arin eta zehatz sekuentziatzeko aukera ematen baitzuen; gaur egun “Sanger metodoa” erabiltzen jarraitzen dugu. Sangerrek, jada 1958an intsulinan egindako lanagatik Kimikako Nobel Saria lortu zuenak, bigarren Kimikako Nobel Saria eskuratu zuen 1980an Gilbert eta Paul Berg estatubatuarrarekin batera.

1983an Kary Mullis estatubatuarrak Polimerasaren kate-erreakzioa delako teknika garatu zuen (PCR, ingelesezko Polymerase Chain Reaction). 1971ean Kleppe eta bere lankideek oinarriak proposatu bazituzten ere, oro har teknika hau Mullisena dela onartzen da eta 1993an berak eskuratu zuen Kimikako Nobel Saria Michael Smith ingelesarekin batera. Teknika honi esker, DNA-kopia asko lor daitezke denbora laburrean, DNA kantitate txikitik abiatuta. Polimerasa deitutako entzima da teknika honen gakoetako bat, DNAren kopia berriak egiteko gai den molekula baita. Beste gakoa tenperatura ezberdinen erabilpena da.

Aurreko atalean esan genuen DNAk harizpi bikoitzeko egitura zuela. Polimerasak bere lana egin ahal izateko harizpi bikoitz hori banatu eta DNAren harizpi bakoitza aske utzi behar da. Horrela, atal honen hasieran esan bezala, harizpi bakoitza molde bezala erabil daiteke DNAren harizpi berri bat egiteko. Harizpiak banatu ahal izateko, tenperatura asko igo behar da baina DNAren kopia berriak egiteko tenperatura jaitsi egin behar da. Tenperatura igoera eta jaitsiera hauekin jokatuta, DNA-harizpi berriak sortzen dira eta tenperaturaren igoera eta jaitsiera hauek bata bestearen atzean eginez DNAren kopia asko lor daitezke. Hasieran erabiltzen zen polimerasa ez zen gai tenperatura altuak jasateko eta, hortaz, behin eta berriro gehitu behar zen polimerasa berria. Arazo hau Thermus aquaticus bakterioaren polimerasa (Taq polimerasa izenekoa) erabilita konpondu zen, baina horrek enpresen arteko patente auzi bat eragin zuen. Edonola ere Taq polimerasa erabiltzeak PCRaren automatizazioa ekarri zuen, termoziklatzaile bezala ezagutzen diren aparatuen garapena ekarrita. PCR teknikak eta termoziklatzaileek aro berri bat zabaldu zuten genetikan, DNA kantitate handitan lortzea posible egin zutelako, eta gaur egun genetikan oso erabilia den teknika da, bai bere jatorrizko eran, bai bere aldaeretan.

DNAren egitura ebaztetik 30 urte igaro zirelarik, DNA irakurtzeko eta maneiatzeko gai izatera heldu zen genetika. Gainera lehen birusen sekuentziak irakurri ziren eta genetikan gako bilakatu den teknika garatu zen. Baina oraindik erronka handi bat zegoen aurretik: izaki bizidunen sekuentzia osoak irakurtzea. Hori hurrengo atalerako utziko dugu.

Egileaz: Koldo Garcia (@koldotxu) Biodonostia OIIko ikertzailea da. Biologian lizentziatua eta genetikan doktorea da eta Edonola gunean genetika eta genomika jorratzen ditu.

Genetikari buruzko artikulu-sorta

1. Genetikaren ibilbidea (I): Ilarrei begira.
2. Genetikaren ibilbidea (II): Izena duen guztia bada.
3. Genetikaren ibilbidea (III): Kromosomen sekretuak argitzen.
4. Genetikaren ibilbidea (IV): Informazioa helize batean.
5. Genetikaren ibilbidea (V): Informazioa maneiatzen.
6. Genetikaren ibilbidea (VI): Osagaietatik osotasunera.
7. Genetikaren ibilbidea (VII): Eboluzioak eta genetikak topo egin zutenekoak.
8. Genetikaren ibilbidea (VIII): Gaixotasunen genetika.
9. Genetikaren ibilbidea (eta IX): Eppur si muove.