historia de la biologÍa vii la biología moderna · •el descubrimiento de los grupos sanguineos...

HISTORIA DE LA BIOLOGÍAVII

La Biología Moderna

Ramón Muñoz-Chápuli

Marzo-mayo 2018

Factores:

• Progresivo cambio del centro de gravedad de Alemania a EE.UU.• Instituciones de investigación desligadas de museos y Universidades

(según el modelo del Instituto Kaiser Wilhelm, Berlin 1910)• Avances científicos y técnicos (fotografía, rayos X, microscopía

electrónica, química, isótopos radiactivos)• Nuevo modelo de investigación: El Equipo frente al Sabio; la

publicación colectiva

The genome sequence of Schizosaccharomyces pombe.

Wood V, Gwilliam R, Rajandream MA, Lyne M, Lyne R, Stewart A, Sgouros J, Peat N, Hayles J, Baker S, Basham D, Bowman S, Brooks K, Brown D, Brown S, Chillingworth T, Churcher C, Collins M, Connor R, Cronin A, Davis P, Feltwell T, Fraser A, Gentles S, Goble A, Hamlin N, Harris D, Hidalgo J, Hodgson G, Holroyd S, Hornsby T, HowarthS, Huckle EJ, Hunt S, Jagels K, James K, Jones L, Jones M, Leather S, McDonald S, McLean J, Mooney P, Moule S, Mungall K, Murphy L, Niblett D, Odell C, Oliver K, O'Neil S, Pearson D, Quail MA, Rabbinowitsch E, Rutherford K, Rutter S, Saunders D, Seeger K, Sharp S, Skelton J, Simmonds M, Squares R, Squares S, Stevens K, Taylor K, Taylor RG, Tivey A, Walsh S, Warren T, Whitehead S, Woodward J, Volckaert G, Aert R, Robben J, Grymonprez B, Weltjens I, Vanstreels E, Rieger M, Schäfer M, Müller-Auer S, Gabel C, Fuchs M, Düsterhöft A, Fritzc C, Holzer E, Moestl D, Hilbert H, Borzym K, Langer I, Beck A, Lehrach H, Reinhardt R, Pohl TM, Eger P, Zimmermann W, Wedler H, Wambutt R, Purnelle B, Goffeau A, Cadieu E, Dréano S, Gloux S, Lelaure V, Mottier S, Galibert F, Aves SJ, Xiang Z, Hunt C, Moore K, Hurst SM, Lucas M, Rochet M, Gaillardin C, Tallada VA, Garzon A, Thode G, Daga RR, Cruzado L, Jimenez J, Sánchez M, del Rey F, Benito J, Domínguez A, Revuelta JL, Moreno S, Armstrong J, Forsburg SL, Cerutti L, Lowe T, McCombie WR, Paulsen I, Potashkin J, Shpakovski GV, Ussery D, Barrell BG, Nurse P.

Nature. 2002 Feb 21;415(6874):871-80.

El instituto Kaiser Wilhelm de Biología

El instituto Max Planck de Bioquímica en MartinsriedNuevo modelo:

Institutos de Investigación

Gregor Mendel,1822-1884

• Su trabajo se enmarca en los estudios de la herencia por hibridación

• Establece la existencia de factores discretos determinantes de los caracteres

• El redescubrimiento de estos “factores” inicia una nueva era en la Biología

El artículo de Mendel (1865) publicado en:Verhandlungen des naturforschenden Vereines in Brünn

El jardín de Mendel en Brno

Su aportación es sobre todo metodológica• Utilización de hipótesis de trabajo• Control de las condiciones experimentales• Análisis estadístico de los resultados

Hugo de Vries 1848—1935 Carl Correns 1864-1933 E. Von Tschermak 1871-1962

Las leyes de Mendel son redescubiertas simultáneamente en 1900por tres investigadores

Nace la Genética con el objetivo de localizar los factores portadores de la herencia e identificar su naturaleza

• Hugo de Vries enuncia en 1901 la Teoría de la Mutación• Theodore Boveri (1862-1915) fusiona en 1904 Citología y Genética al

proponer que los factores hereditarios residen en los cromosomas• William Bateson (1861-1926) extiende las leyes de Mendel a los

animales y crea los términos “alelo”, “homo y heterocigoto” y “Genética” en 1907

• El enunciado de la Ley del equilibrio (Hardy-Weinberg) en 1908 es el origen de la Genética de Poblaciones

• W. Johanssen (1857-1927) acuña el término “gen” en 1909

Reginald Punnett y William Bateson Cuadro de Punnet

• Thomas Hunt Morgan decide estudiar la base material de la herencia y elige la mosca de la fruta (Drosophila) como modelo en 1907

• Primero en Nueva York y luego en Pasadena, Morgan y su equipo descubren el ligamiento, el entrecruzamiento, las inversiones génicas y la forma de elaborar mapas genéticos

• En 1912 enuncia la hipótesis de que el gen es un fragmento de cromosoma

• En 1926 publica La teoría del gen• Premio Nobel en 1933

La precursora:Nettie Stevens (1861-1912)• Descubre el cromosoma Y de

los insectos y la determinación cromosómica del sexo

• Es probable que influyera en la decisión de Morgan (que fue su profesor) en la elección de Drosophila como modelo

H.J. Muller, 1890-1967Logra la primera mutación por rayos X Nobel 1946

A.H. Sturtevant, 1891-1970Primer mapa genético del cromosoma X de Drosophila

C.B. Bridges 1889-1938Ligamiento génico

Fiesta en el cuarto de las moscas (Univ. Columbia, 1919)

Bridges

“Pithecanthropus”

Muller Morgan

Sturtevant

Entre 1920 y 1940 se va a realizar la síntesis entre mutacionismo, genética mendeliana y selección natural

R.A. Fisher (1890-1962)MatemáticoDesarrolla la genética de poblaciones

Sewall Wright (1889-1988)Estudia los caracteres hereditarios desde el punto de vista cuantitativo

J.B.S Haldane (1892-1964)Desarrolla los aspectos matemáticos de la selección natural

La Síntesis (Neodarwinismo) es completada en los años 40

La evolución queda definida como el resultado de cambios en la composición genética de las poblaciones sometidas a selección natural

Theodosius Dobzhansky (1900-1975)

Ernst Mayr (1904-2005)

Julian Huxley (1887-1975)

Georges G. Simpson (1902-1984)

La Biología del Desarrollo es revolucionada por el descubrimiento del organizadorLos estudios embriológicos llevan al desarrollo de los métodos de cultivo celular

Hans Spemann 1869-1941Premio Nobel 1935

Hilde Mangold 1898-1924

• La adrenalina es descubierta por Abel en 1899

• El concepto de hormona es de E. Starling (1905) a partir de los estudios sobre la secreción pancreática (discípulo de Kuhne)

• La tiroxina se descubre en 1914 y la insulina en 1921

Ernest Starling (1866–1927)

Se van desvelando los misterios del metabolismo celular:

• La glucólisis (Otto Meyerhof, 1884-1951, Nobel 1922)• El cíclo del ácido cítrico (Hans A. Krebs , 1900-1981, Nobel 1953)

Casimir Funk (1884-1967) establece el concepto de vitamina en 1911, a partir de observaciones de Christian Eijkman, un médico holandés (Nobel 1929)La primera (Tiamina, B1) se aisla de la cáscara de arroz en 1926. Poco después se identifican la A, la C y la D

Las vitaminas

Descubrimiento de los virus

• La primera actividad viral (quimera del tabaco) fue descrita por Ivanowsky en Crimea en1892.

• En 1898, el botánico holandés Martinus W. Beijerinck llama “virus” al agente infeccioso. No pudo cultivarlo ni acabar con la epidemia.

• No eran aplicables los postulados de Koch.

• Los bacteriófagos son descubiertos en 1917 por Twort y Bordet• Se pensaba que podían ser enzimas (moléculas de gran tamaño)

(Wendell Stanley, Nobel 1946).• Se reconocen en 1941 gracias al microscopio electrónico• Se consiguen cultivar en huevos (Goodpasture, 1931)

Ernst Ruska (1906-1987)

Inventor del microscopio electrónico Nobel 1986

Virus de la gripe

• Primeros antibióticos en los años 40, aunque las sulfamidas se utilizan desde algunos años antes

• La penicilina es descubierta por Alexander Fleming (1881-1955) en 1928, pero no es producida de forma industrial hasta la segunda guerra mundial

• Nobel en 1945 con Chain y Florey

• Fleming y el “arte microbiano”

Inmunologia

• El descubrimiento de los grupos sanguineos ABO y del antígeno Rh (Karl Landsteiner, 1868-1943, Nobel 1930) estimula el estudio de la reacción inmune

• Se desarrolla el concepto de “anticuerpos” (de Ehrlich) que finalmente se identifican como proteínas (O. Avery) y en concreto como las gamma-globulinas del plasma (Arne Tiselius, 1902-1971, Nobel en 1948)

• Astrid Fagraeus (1948) descubre que los anticuerpos son producidos por los linfocitos B

• Linus Pauling confirma la idea original de “llave y cerradura” de Ehrlich

Tiselius

Fagraeus

Linus Pauling (1901-1994)• Uno de los investigadores más grandes de todos los

tiempos• Nobel de Química en 1954 (enlace químico)• Nobel de la Paz en 1962• Estudios sobre el plasma sanguíneo y los anticuerpos• Inmunología: la unión de antígeno y anticuerpo

depende de la estructura espacial, no de la composición quimica

• Difracción de rayos X• Estructura de proteínas (hélice alfa, hemoglobina)• Causa de la anemia falciforme• Casi logra descubrir la estructura del ADN• Electroquímica• Primeros estudios sobre contaminación atmosférica• Entusiasta de la vitamina C

La “triple hélice” del ADN

Bioquímica : • Franz Hofmeister (1850-1922) y Emil Fischer (1852-

1919): las proteínas son polipéptidos (polímeros de aminoácidos (Fischer recibe el Nobel en 1902)

• Sumner (1926) confirma la naturaleza proteica de las enzimas mediante purificación de la ureasa (Nobel 1946)

• Las proteínas son, por tanto, componentes estructurales y funcionales de los seres vivos. Hofmeister

James B. Sumner

El grupo del FagoSe trata de un grupo internacional y multidisciplinar que elige al bacteriófago como modelo para estudiar la transmisión de caracteres a nivel molecularDelbruck, Hershey y Luria reciben el Premio Nobel en 1969

Stent

Delbruck

El experimento Hershey-Chase (1952)

Los cursos de verano en Cold Spring Harbor Esther Lederberg, Gunther Stent, Sidney Brenner, Joshua Lederberg,

Salvador y Zella Luria

George Beadle y Edward Tatum, trabajando con un hongo como modelo, establecen el concepto:

Un gen – un enzima – una reacción química

Reciben el Premio Nobel en 1958 junto con Joshua Lederberg (genética bacteriana)

O. Avery, M. McLeod y M. McCarthy finalmente identifican al DNA como la “sustancia transformante ” de los neumococos (1944)

Toda la atención queda concentrada en la estructura del DNA

“Comienza la carrera por el DNA”

Oswald Avery (1877-1955)

A partir de datos cristalográficos obtenidos por RosalindFranklin (1920-1958) y Maurice Wilkins (1916-2004), Francis Crick (1916-2004) y James Watson (1928) proponen en 1953 un modelo molecular para la estructura del ADN

Obtienen el Premio Nobel en 1962 (Rosalind Franklin había fallecido en 1958)

Franklin Wilkins

Watson y Crick

“No se nos escapa el hecho de que el apareamiento específico que hemos postulado sugiere inmediatamente un posible mecanismo de copia para el material genético”

Santiago Ramón y Cajal, (1852-1934)Nobel en 1906

Severo Ochoa (1905-1993)Nobel en 1959

Antonio Gª Bellido Ginés Morata Juan ModolellMargarita Salas

María Blasco Carlos López Otín Mariano Barbacid

Joan Massagué Ángela Nieto J.C. Izpisúa Belmonte

Salvador Martínez Luis Puelles Francis M. Mojica

La genómica y la “materia oscura del genoma”

Reguladores

MensajerosProteínas

MensajerosMensajeros

Mensajeros

Mensajeros

Proteína

Proteína

Proteína

Proteína

miRNAs

Reguladores

Reguladores

Reguladores

GEN

EVO-DEVO: un nuevo concepto en Biología evolutivaTodos los animales utilizan los mismos genes para construir el organismo a

lo lago del desarrollo (toolkit genético)

Los cambios (mutaciones) en los mecanismos reguladores de dichos genes

generan novedades evolutivas

La selección natural elimina, no “crea” nada

Polisindactilia (mutación en Hoxd-13)J.L. Gómez Skarmeta y F. Casares

Sobreexpresión de Hoxd13 en la aleta del pez cebra

La Biología Sintética

Craig Venter

Fundador de Celera Genomics

La reprogramación celular

Shinia Yamanaka, Nobel 2012

La terapia génica

La revolución Crispr

Francis M. Mojica Univ. Alicante

Emmanuelle Charpentiery Jennifer Doudna

Premio Princesa de Asturias 2015