martes, 25 de diciembre de 2012

La señora de los rayos X


Gustándome tanto la historia de la Ciencia, es extraño que en molesybits todavía no haya dedicado una entrada a la biografía de algún personaje importante para ella. Podría hablar de científicos exitosos, de casuales descubrimientos que revolucionaron el conocimiento humano o de grandes prohombres y promujeres que constituyen un ejemplo a seguir. Pero no, mi ramalazo romántico me ha conducido hasta una historia en la que gobiernan los celos profesionales, el trabajo tenaz y el olvido, un olvido que espero que esta entrada ayude a superar.

Rosalind E. Franklin nació en 1920, es la segunda de los cinco hijos de un rico banquero anglo-judío. Muy pronto, exhibió interés por la Ciencia, de manera que estudió en el St Paul's School for Girls, una institución que preparaba a las niñas para su desarrollo académico y no para el matrimonio. Allí destacó en matemáticas, ciencias y lenguas.

Franklin en 1940

En 1938 inició sus estudios de Quimica en la Universidad de Cambridge, donde se especializó en Química Física, abordando el estudio cinético de la polimerización.
Su carrera estuvo marcada por la segunda Guerra Mundial, que hizo desaparecer a algunos de sus más apreciados profesores a causa del conflicto bélico. Esto indujo a la buena de Franklin a contribuir a la victoria aliada. De hecho, sus primeros trabajos científicos tuvieron que ver con el aprovechamiento del carbón, que le permitieron obtener el doctorado en 1945.

Cristalografía de rayos X

Antes de seguir contándote la vida y obra de Franklin, tengo que explicarte un par de cositas. Tú, déjate llevar, que merece la pena.

Röentgen y su tubo de vacío.
(Fotografía extraída de "Breve Historia de la Química, de Isaac Asimov.

A finales del siglo XIX causaba verdadero furor entre los cientificos de la época encerrar gases a presiones muy bajas a los que se les sometía a descargas eléctricas muy potentes. En una de esas experiencias, el físico alemán Wilhelm Conrad Röentgen descubrió un tipo de radiación electromagnética muy penetrante e invisible. Como este nuevo tipo de radiación era capaz de velar la emulsión fotográfica, le pidió a su esposa que apoyase su mano en una placa fotográfica y obtuvo la imagen que puedes ver más abajo.

Fotografía mediante rayos X de la mano de Anna Bertha Röentgen

Como Röentgen desconocía el origen de esta radiación decidió llamarla radiación incógnita o rayos X. Para ampliar un poco la historia del descubrimiento de los rayos X te recomiendo el siguiente vídeo; en él podrás, además, observar imágenes muy curiosas.



Hoy, sabemos que los rayos X proviene de la desaceleración de los electrones de los átomos. Al moverse más despacio estos electrones pierden energía y esta energía es emitida en forma de rayos X. Estos rayos X son muy energéticos, lo que significa que su longitud de onda es muy pequeña, del orden del tamaño de los átomos.



El descubrimiento de los rayos X permitió no sólo la aparición de las técnicas de diagnóstico por imagen, sino que además facilitaron el avance en el conocimiento de la estructura de la materia. Al tener una longitud de onda del mismo orden que el tamaño de los átomos, los rayos X interactúan con estos. Así, al lanzar un “chorro” de rayos X contra un material, el análisis de la interacción entre esta radiación y el material permitirá conocer detalles sobre la composición de ese material.

La cristalografía de rayos X es una técnica que consiste en estudiar la difracción de los rayos X cuando son lanzados hacia cristales. Bien, vamos por partes.

Parte 1. ¿Qué es un cristal?

Un cristal es un sólido homogéneo en el que sus partículas presentan una ordenación periódica. Por ejemplo, en la siguiente imagen puedes observar la estructura cristalina del cloruro sódico, la sal común.

Cristal de cloruro de sodio, NaCl


Como ves, hay un orden muy estricto que se repite a lo largo, ancho y alto del material. Ojo, no confundas cristal con vidrio. Para que nos entendamos, el vidrio es como un líquido, con sus partículas bastante desordenadas, pero inmóviles; se dice que el vidrio es un sólido amorfo.

Parte 2. ¿Y qué es la difracción?

Ya te he contado en qué consiste la cristalografía de rayos X y te he explicado en qué consisten los cristales, objetos del análisis de esa técnica. Sólo falta que aclare qué quiere decir difracción.

La difracción es la propiedad que poseen las ondas de atravesar pequeñas aberturas de tamaño parecido al de la longitud de onda considerado. En la imagen que aparece más abajo puedes observar un ejemplo de difracción a través de dos rendijas.

Difracción de ondas al pasar por dos rendijas


Como los rayos X poseen una longitud de onda de un tamaño parecido al de los átomos, son capaces de revelar la estructura cristalina de un sólido.

Difracción de rayos X

Cristalógrafo de rayos X
El aparato que ves a la izquierda permite analizar los rayos X difractados tras ser lanzados a una muestra. Esta radiación difractada se analiza matemáticamente y así se obtiene la estructura cristalina de la muestra.








Parte 3. ¿Y qué pinta la protagonista de esta historia, Franklin, en todo esto de los rayos X?

Vaaaaaaaaaaaale, si has llegado hasta aquí es que de verdad te interesa la historia que comenzamos. Ahora te la termino de contar.

Finalizada la guerra y ya doctorada, Franklin marchó al Laboratoire Central des Services Chimique de l'Etat en Paris. Allí, entre 1947 y 1951, se convirtió en una  verdadera experta en el análisis de carbones por medio de la cristalografía de rayos-X, lo que ayudó en el desarrollo de las fibras de carbono y de materiales resistentes al calor. En esa época, Franklin obtuvo numerosas amistades y se ganó un nombre entre los químicos que estudiaban el carbón. Rosalind era muy feliz en Francia: dominaba el idioma, encontraba libertad intelectual y, sobre todo, un clima más igualitario entre investigadores e investigadoras que en la convencional Inglaterra.


Franklin y la estructura del ADN

Mientras Franklin estudiaba los carbones, el físico John T. Randall  comenzó a regentar la Unidad de Investigación Biofísica en el King's College de Londres. Como asistente, Randall contaba con Maurice Wilkins, que era el encargado de aplicar las técnicas físicas a las biomoléculas con la intención de revelar su estructura.

Wilkins trabajando en la Unidad de Investigación Biofísica

En 1951, Randall reclutó a Rosalind E. Franklin por su prestigio en el uso de la técnica de la difracción de los rayos X. En principio, el plan era que Franklin y Wilkins trabajasen juntos en la obtención de las estructuras de las proteínas. Sin embargo, Wilkins comenzó por esa época a trabajar con muestras muy puras de ácido desoxirribonucleico (ADN) y él mismo sugirió a Randall que Franklin era la persona idónea para analizar esas muestras con la difracción de rayos X. Randall escribió a Franklin los detalles en el cambio de planes, pero no le comentó nada sobre el interés de Wilkins en el ADN, es más, apartó entonces del estudio del ADN a Wilkins para colocar a Raymond Gosling, un reciente graduado en Física, que ya había trabajado con Wilkins. En consecuencia, Franklin entendió que ella estaba al mando del proyecto de desvelar  la estructura del ADN. Por su parte, Wilkins, que ya había sugerido que la estructura de ADN era susceptible de tener un patrón de dispersión de rayos X revelador,  estaba convencido que Franklin llegaba al King's para colaborar con él. De esta manera, se llegó a un absurdo malentendido que concluyó en una terrible rivalidad entre ambos científicos.  


La molécula de ADN

La razón por la que el laboratorio de Randall tenía interés por la molécula de ADN, encontrada en 1869 por el físico suizo Friedrich  Miescher, proviene del descubrimiento de Oswald Avery de que esta molécula es la responsable de la herencia genética. En 1929 Phoebus Levene había descubierto los componentes del ADN, a saber:

- Las bases nitrogenadas: adenina (A), citosina (C), guanina (G) y timina (T)

Adenina
Citosina

Guanina

Timina


- Un azúcar, la desoxirribosa



- Fosfatos, PO-43    

  
Ya el propio Levene sugirió que estos tres componentes se unían para formar los nucleótidos, las unidades básicas con las que estaba construido el ADN. Para Levene, la estructura de los nucleótidos debía ser:

                     FOSFATO - DESOXIRRIBOSA - BASE

y el ADN era un polímero de nucleótidos, que se iban uniendo a la cadena mediante enlaces fósforo - oxígeno.




En 1950, Erwin Chargaff descubrió que la cantidad de adenosina en el ADN era igual a la cantidad de timina, y que la cantidad de guanina era la misma que la de citosina. Este hecho sugería que las bases se debían "aparear" de manera que la adenosina quedaba enfrentada a la timina, y la guanina a la citosina.
[G] = [T]


[A] = [T]









El tipo de unión que debía darse entre los pares de bases nitrogenadas debía ser por puente de hidrógeno, un tipo de enlace intermolecular débil.



Un pequeño olvido

Hasta este punto de la investigación de la estructura del ADN se conocían los bloques que la construían, pero la pregunta era cómo se unían. Es en este punto en el que la contribución de Rosalind E. Franklin resultó crucial. 

Franklin no fue la pionera en tratar de obtener una imagen de difracción de rayos X del ADN, pero salían muy difusas (Astbury, 1937). Y es que nuestra protagonista fue la primera en darse cuenta de que el ADN se presentaba en dos formas en función de la humedad del ambiente. Esto es debido a que los grupos fosfato, muy hidrófilos, se colocan en la parte más externa de la molécula de ADN y son susceptibles de inducir modificaciones en la estructura. La primera precaución que tomó Rosalinde, por tanto, fue la de aislar la forma seca del ADN y trabajar controlando la humedad. Rosalinde, además, tomó la sabia decisión de no teorizar sobre la estructura del ADN hasta que no hubiese recopilado todos los datos procedentes de la cristalografía de rayos X de esta biomolécula.

Mientras tanto, el biólogo estadounidense James Watson y el físico británico Francis Crick decidieron emprender el camino inverso: construir un modelo para la molécula de ADN a partir de lo que ya se sabía. Llegaron a postular una estructura helicoidal (en forma de hélice) que a Franklin no le satisfacía por no ser consistente con los datos cristalográficos obtenidos en el laboratorio. Obsesionados como estaban Watson y Crick en la carrera por el establecimiento de la estructura del ADN, decidieron arrimarse a Wilkins que se encontraba estudiando la forma húmeda de la molécula. 

Franklin, por su parte, mejoró la toma de imágenes de difracción de rayos X del ADN hasta obtener en 1952 fotografías como la que puedes ver más abajo (se conoce como la fotografía #51) y que John Desmond Bernal bautizó como "la más bonita de las fotografías de rayos X de una molécula".


La doble hélice del ADN, al fin. Es la fotografía #51.

Esta fotografía reveló la existencia de dos cadenas en el ADN, que Rosalind, tras muchísimos cálculos, entendió como helicoidales. Roselind escribió un informe con sus conclusiones y lo envió al comité encargado de revisar los trabajos del laboratorio de Randall.


Watson y Crick trabajando en su modelo del ADN


Wilkins tenía acceso al trabajo de Raymond Gosling, al que supervisaba. Parece que Wilkins, quien mantenía periódicas reuniones con Watson y Crick, les mostró la fotografía de la doble hélice sin el consentimiento de Franklin. La visión de esa imagen les proporcionó a Watson y Crick el dato que les faltaba para la construcción de su modelo de la molécula de ADN. Por otra parte, parece que uno de los miembros del comité evaluador del trabajo de Rosalind, Max Perutz "filtró" a Watson y Crick el documento, lo que facilitó todavía más la confección del modelo de la molécula del ADN.


El modelo de la doble hélice para la molécula de ADN, por Watson y Crick (1953)

Watson y Crick escribieron un artículo sobre la doble hélice del ADN y lo enviaron a la revista Nature, que fue publicado el 25 de abril de 1953. Por su parte, Franklin y Gosling, después de conocer el modelo de la doble hélice de Watson y Crick redactaron un artículo para confirmarlo y que se publicó en Nature en julio de ese mismo año. Nadie reconoció entonces el valioso trabajo de Franklin y su crucial contribución al modelo de Watson y Crick. 

Quizá producto del malestar, poco después de este amargo episodio Rosalind se trasladó al Laboratorio de Cristalografía del doctor Bernal en el Birkbeck College. Allí comenzó una intensa y fructífera etapa en el estudio de los virus, especialmente en el virus mosaico del tabaco. Resulta bastante llamativo que a partir de 1954 Franklin mantuviese una cordial correspondencia con Watson y con Crick sobre su trabajo.



A finales de 1956 le diagnosticaron cáncer de ovario y su actividad investigadora se vio ralentizada. A pesar de la enfermedad no dejó de trabajar en los laboratorios cuando las fuerzas se lo permitían. Murió el 16 de abril de 1958.

En 1962 Watson, Crick y Wilkins recibieron el premio Nobel de Medicina o Fisiología "por sus descubrimientos concernientes a la estructura molecular de los ácidos nucleicos y su importancia para la transferencia de información en la materia viva"En los discursos de los receptores del Nobel de 1962 tan sólo Wilkins mencionó a Roselind Franklin. También resulta muy llamativo que se incluyese a Wilkins en el Nobel de 1962 en lugar de a Franklin (aunque fuese a título póstumo), eso ha hecho de ella un icono del feminismo de los años '60 del pasado siglo. En el año 2003, el sobrino de Roselind Franklin trató de recuperar la obra de su tía en un emotivo artículo que fue publicado por BBC News.

En 1968, Watson caricaturizó a Franklin, a quien llamaba Rosy, en su libro “The double helix” como una mujer con "mal carácter, marisabidilla arrogante que guardaban celosamente sus datos de colegas, a pesar de que no sabía interpretarlos”.

En fin, juzga tú mismo. Para acabar con mejor sabor de boca me quedo con esta cita de la propia Roselind Franklin :

"La ciencia y la vida cotidiana no pueden ni deben ser separados. La ciencia, para mí, da una explicación parcial de la vida. En la medida en que se va, que se basa en hechos reales, la experiencia y el experimento. . . ."


Rosalind Franklin, verano de 1940.


Fuentes:

- Wikipedia
- The Rosalind Franklin papers
- Lyne Osman Elkin, Rosalind Franklin and the Double Helix
- Brenda Maddox, The double helix and the ‘wronged heroine’
- Lehninger, Bioquímica



Esta entrada participa en el XIX Carnaval de Biología organizado por @MyRB en su blog La fila de atrás.

Esta entrada participa en el XX Carnaval de Química organizado por @bioamara en su blog La ciencia de Amara.

Esta entrada participa en el XXXVII Carnaval de Física alojado en el blog High Ability Dimension

9 comentarios:

Luis Moreno Martínez dijo...

¡Magnífico pos!

¡Me ha encantado! Muy interesante, completo, didáctico y ameno. Fantástico. :)

¡Un abrazo y felices fiestas!

Jordiet dijo...

¿A ti no te han dicho que el 25 de diciembre no se trabaja? ;-)
Pedazo de entrada, curradísima como siempre y con mucha didáctica.
Gracias!

Luis dijo...

Luis, muchísimas gracias por comentar. Me alegro de que te haya gustado.

Jajajaja, Jorge, ¿quién te ha dicho que esto sea trabajo? :-)

Amara dijo...

Gran entrada Luis!! magnífico post.
Felices fiestas! :-))

Luis dijo...

Muchas gracias. Felices fiestas para ti también.

Ununcuadio Uuq dijo...

Me ha encantado! Gracias!!! :)

Luis dijo...

A ti por comentar. ;)

Ismael Díaz dijo...

Lo primero: un millón de disculpas por haber descubierto este post hoy, de verdad.

Lo segundo: con esta entrada he aprendido lo que no he aprendido en otra entrada de otros blogs.

Increíble, me ha encantado.

Un abrazo,
Roskiencia.

Luis dijo...

Me alegra un montón que te haya gustado y que te haya sido útil.

Gracias por comentar.

Publicar un comentario