Un gen, un enzim

—Una introducció crítica i desmitificadora a la història de la biologia molecular.—

En l’àmbit de les ciències de la vida, el segle XX se sol caracteritzar com l’escenari d’un procés de molecularització. Aquest procés s’ha explicat de maneres diverses. Per exemple, la historiadora Pnina Abir-am l’ha explicat com una colonització de les ciències de la vida per part de les ciències exactes (o «dures»). Aquesta colonització s’hauria donat de manera successiva i condicionada pel desenvolupament de grans conflictes bèl·lics i el paper protagonista que van tenir una ciència i l’altra en cadascuna de les conteses. La química hauria colonitzat les ciències de la vida a partir de la Primera Guerra Mundial, i així sorgirà la bioquímica. La física ho faria a partir de la Segona Guerra Mundial, i així sorgirà la biologia molecular. I en el context de la guerra freda ho faria la computació i les altes tecnologies, i així sorgirà la moderna biotecnologia. La molecularització de les ciències biològiques també s’ha explicat a partir de la institucionalització de la bioquímica i la genètica com a disciplines a principi del segle XX i la seua posterior presència en el sorgiment de la biologia molecular. La biologia molecular podria haver-se concebut, potser, com una disciplina amb entitat pròpia inicialment o a partir de la dècada de 1960. Però, finalment, i sobretot a partir de la dècada de 1980, va adquirir la identitat d’ultradisciplina, des de la qual impregnarà tot l’àmbit de les ciències de la vida.

Perquè bioquímica i genètica es consolidaren com a disciplines, entre moltes altres raons, tant l’una com l’altra van haver d’identificar-se amb un espai intel·lectual propi delimitat per un vocabulari específic, una metodologia característica i unes preguntes o problemes que les diferenciaven d’altres àrees. Mentre que la bioquímica posava l’èmfasi en la proteïna, la genètica se centrava en el gen i, d’aquesta forma, l’àmbit que podia ser comú va quedar com un territori de frontera poc o gens rellevant per a les respectives disciplines. Així, per exemple, autors fonamentals per al desenvolupament de la genètica com Thomas Morgan (1866-1945) van renunciar de manera conscient a preguntar-se pel mecanisme d’acció dels gens o la seua naturalesa química. Per a historiadors com Michel Morange, la biologia molecular va sorgir precisament quan es va obrir la possibilitat de treballar en aquesta terra de ningú que havia quedat a mig camí entre la bioquímica i la genètica. Una de les investigacions clau per a la construcció de ponts entre aquestes disciplines —i, des d’aquesta perspectiva, fonamental per al naixement de la biologia molecular— va ser la desenvolupada per George Beadle (1903-1989) i Edward L. Tatum (1909-1975) a principi de la dècada de 1940. Amb el seu experiment, Beadle i Tatum establiran que els gens controlen les activitats enzimàtiques i que hi ha un gen diferent per a cada enzim. Aquestes conclusions van ser altament valorades i, per elles, finalment van rebre el premi Nobel.

George Wells Beadle (esquerra) i Edward Lawrie Tatum (centre) van obtenir el Premi Nobel de Fisiologia y Medicina el 1958 pel sue descobriment sobre «el paper dels gens en la regulació de fenòmens químics». Van compartir aquest guardó amb Joshua Lederberg (dreta), premiat pels seus estudis sobre la recombinació genètica i l’organització del material genètic als bacteris. The Nobel Prize.

La relació entre gens i enzims que va estudiar Goerge Beadle, ja havia estat intuïda anteriorment per una part de la comunitat científica, però mai no havia sigut estudiada amb èxit, en part per tractar-se d’una qüestió que quedava en aquesta terra de ningú abans descrita. Treballant als seus laboratoris de la Universitat de Stanford, Beadle va contractar un especialista en microbiologia (Edward Tatum) i junts van desenvolupar l’experiment considerat crucial que va permetre establir el seu famós aforisme «un gen, un enzim». Van decidir utilitzar un nou organisme model, la Neurospora crassa, un fong que va resultar especialment interessant per al seu estudi perquè se’n podien obtenir moltes generacions en poc de temps i, a més, tenia una fase haploide (en la qual l’organisme conté només una còpia de cada gen), durant la qual es podien observar totes les mutacions, amb independència que l’al·lel mutat fora o no recessiu. També passava per una fase diploide que permetia la reproducció sexual necessària en els estudis de genètica clàssica o mendeliana. A més, era un organisme que, en condicions normals, podia sobreviure bé en un medi de cultiu mínim perquè podia biosintetitzar tots els elements que requeria per subsistir a partir de la biotina, les sals i els sucres presents en aquest medi mínim.

Neurospora crassahyphae. Wikimedia.

En el curs de la seua experimentació, Beadle i Tatum van irradiar soques de Neurospora crassa amb raigs X per provocar mutacions. Van observar així que algunes de les noves soques ja no podien subsistir en el medi mínim, sinó que tenien un nou requeriment. Per exemple, algunes soques mutants no eren capaces de subsistir en un medi que no continguera l’aminoàcid arginina. En aquests casos, van assumir que la mutació havia afectat alguna de les activitats enzimàtiques involucrades en la ruta de biosíntesi de l’arginina. Treballant amb aquestes soques van determinar per a cada mutant l’activitat enzimàtica que havia quedat afectada i la van associar amb l’alteració d’un gen. Van concloure així que hi havia un gen per a cada activitat enzimàtica. En tot cas, mes enllà de les particularitats de l’experiment, al voltant seu es van donar una sèrie de qüestions interessants que permeten entendre millor la seua formulació com a “experiment crucial” i la seua inserció en la ciència bàsica o aplicada de la seua època.

La historiografia més tradicional, i també la mala divulgació històrica actual, acostumen a posar l’èmfasi en els experiments crucials com a font de revolucions o punts d’inflexió en la història de la ciència, per tal com trauen a la llum nous fets indiscutibles que permeten dilucidar entre interpretacions antigues i modernes. La història i la sociologia de la ciència del segle XX, amb la idea d’infradeterminació empírica de les teories científiques, han fet dubtar seriosament de l’existència d’aquests experiments crucials. En el cas estudiat, autors influents com Max Delbrück van afirmar que els resultats de Beadle i Tatum eren compatibles tant amb la relació «un gen, un enzim», com amb la possibilitat que cada enzim fora produït per diversos gens (com de fet passa en moltes ocasions). Al remat, tot indica que l’experiment no va ser tan important per la conclusió formulada en el famós aforisme, sinó perquè trencava barreres disciplinàries i convertia la genètica en un àmbit interessant per a l’estudi bioquímic de les rutes metabòliques. D’altra banda, encara que la investigació es presenta habitualment com a pròpia de la ciència bàsica o pura, el seu desenvolupament només va ser possible en un context de guerra mundial, perquè hàbilment els seus autors la van presentar com un treball de ciència aplicada, com han mostrat historiadores com Lily Kay. Beadle i Tatum afirmaven poder construir mitjançant el seu experiment una bateria de microorganismes mutants que haurien de servir per identificar la presència de nutrients específics en aliments o fàrmacs.

El cas estudiat mostra, per tant, com els límits entre ciència aplicada i bàsica sempre són més difusos quan s’observen des del prisma de la història. La definició d’una investigació com a ciència aplicada o ciència bàsica no és una qüestió menor. Autors com Dominique Pestre han destacat que si la ciència del segle XIX s’ha presentat en tantes ocasions com pura o bàsica ha sigut de manera interessada, en general en una cerca de l’autoritat, la veracitat o el desinterès que no es considerava part de les virtuts de la ciència aplicada. D’altra banda, historiadors com Michel Morange han proposat una periodització de la història de la biologia molecular que sembla inspirar-se en el tan discutit model lineal d’innovació tecnològica. Morange es referia a una primera etapa que comprendria aproximadament les dècades de 1940, 1950 i 1960 en la qual es van establir les bases conceptuals de la biologia molecular (el que s’entendria com una etapa de ciència bàsica), i a partir de l’inici de la dècada de 1970 començaria una etapa de desenvolupament de tècniques operacionals (etapa de ciència aplicada). Tanmateix, l’anàlisi realitzada en aquest apartat d’aquell experiment, basat en els treballs de Lily Kay, entra en clara contradicció amb aquesta periodització i la seua aparent connexió amb el model lineal. L’experiment  de Beadle i Tatum planteja, d’aquesta manera, un bon nombre de qüestions per repensar el desenvolupament històric de la biologia molecular.

Ximo Guillem Llobat
IILP-UV

Com citar aquest article:
Guillem Llobat, Ximo. Un gen, un enzim. Sabers en acció, 29-01-2021. https://sabersenaccio.iec.cat/un-gen-un-enzim/.

Per a saber-ne més

Pots ampliar la informació amb la bibliografia i recursos disponibles.