Barbara McClintock: La Científica que Descubrió los Genes Saltarines y Revolucionó la Genética

Buenas ammucurios@s hoy vamos a resolver una duda que quizás no te habías planteado pero…¿Sabías que… los genes pueden “saltar” dentro de nuestro ADN? Esta intrigante idea fue descubierta por la científica Barbara McClintock, quien cambió para siempre nuestra comprensión de la genética. Aunque sus revolucionarios hallazgos fueron ignorados durante años, su descubrimiento de los “genes saltarines” o transposones no solo desafió las teorías de su tiempo, sino que también abrió nuevas puertas en la biología molecular (que podéis revisar aquí algunosconceptos) y la genética (que podéis revisar otros conceptos por aquí). En este artículo, exploramos la vida y legado de una mujer cuyo trabajo ha dejado una huella indeleble en la ciencia moderna. ¡VAMOS!

Imagen 1. Barbara McClintock en el laboratorio. Imagen extraída de: https://es.wikipedia.org/wiki/Barbara_McClintock#/media/Archivo:Barbara_McClintock_(1902-1992)_shown_in_her_laboratory_in_1947.jpg

¿Quién fue Barbara McClintock?

Barbara McClintocknacida en Hartford, Estados Unidos, 16 de junio de 1902 y que dejo este mundo en Huntington, Estados Unidos, 3 de septiembre de 1992 (año en que nació Ammu, así como dato random). Barbara fue una científica estadounidense especializada en citogenética que obtuvo el premio Nobel de Medicina o Fisiología.

Biografía

Barbara McClintock nació en Hartford, Connecticut. Aunque inicialmente fue inscrita como Eleanor, se modificó el registro a los cuatro meses de edad efectuando el cambio de nombre por el que fue conocida, Barbara. Fue la tercera hija del médico Thomas Henry McClintock y de Sara Handy McClintock. Desde que tenía tres años y hasta que comenzó a asistir al colegio, McClintock vivió con sus tíos en Brooklyn, Nueva York, a fin de ayudar económicamente a su familia mientras el padre establecía su consultorio.

Completó su educación secundaria en el Erasmus Hall High School de Brooklyn. Puesto que ya mostraba interés por la Ciencia, decidió continuar sus estudios en la Universidad Cornell. Su madre, sin embargo, se oponía a que sus hijas recibieran una educación superior, ya que opinaba que esto perjudicaba sus opciones de contraer matrimonio, vamos el típico momento novela de la época.

Además, la familia continuaba con problemas económicos. Pero, Barbara una mujer inteligente y de recursos sabía que gozaba de exención de pago de matrícula en la Escuela de Agricultura Cornell, y tras terminar la educación secundaria, compaginó un trabajo en una oficina de empleo con la formación autodidacta derivada del uso de la biblioteca pública. En efecto, si una persona quiere puede aprender, no todo es formación académica en esta vida. Quizás hoy nos parezca fácil y obvio, pero en la época de Barbara era más raro.

Por un lado, debido a la intervención de su padre, comenzó a asistir a Cornell en 1919. Allí su éxito no solo sería académico sino también social, siendo elegida presidenta de una asociación estudiantil en su primer curso.

Investigación

Por otro lado, McClintock comenzó a estudiar botánica (1919), obteniendo un título de Bachelor of Science (BSc) en 1923 en la Escuela de Agricultura Cornell. Su interés por la Genética despertó en 1921 durante el primer curso de esa materia. En este momento de la historia, la genética estaba muy enfocada en la mejora vegetal. Fue el genetista C. B. Hutchison, quien viendo el interés de Barbara en la materia la invitó a participar en el curso de Genética para graduados en 1922. En palabras de McClintock, esa invitación marcó un antes y un después tras el cual nunca se alejaría de la Genética. Aunque se ha dicho que las mujeres no obtenían títulos en esta disciplina en Cornell (de hecho, ella obtuvo su MA o posgrado y PhD o doctorado en Botánica en los años 1925 y 1927, respectivamente). Además, aunque pocas, había más estudiantes femeninas coetáneas de McClintock que se graduaron en Mejora Vegetal en aquella época.

McClintock se doctoró en Botánica en 1927 por la Universidad Cornell, donde posteriormente lideró el grupo de citogenética del maíz. Tanto en sus estudios de grado como en su trabajo de profesora de botánica posgraduada, trabajó este nuevo campo de la citogenética del maíz. Por ello, su grupo era una mezcla de mejoradores vegetales y citólogos, y estaba constituido por Charles R. Burnham, Marcus Rhoades, George Wells Beadle (premio Nobel en 1958 por su trabajo sobre los genes que controlan el metabolismo, por cierto) y Harriet Creighton. Rollins Adams Emerson, el jefe del departamento, apoyó su trabajo, si bien no era citólogo.

Imagen 2. Barbara McClintock con una mazorca de maíz. Imagen extraída de: https://es.wikipedia.org/wiki/Barbara_McClintock#/media/Archivo:McClintock.jpg

Barbara desarrolló técnicas para visualizar y caracterizar cromosomas de maíz. Este trabajo influenció a toda una generación de estudiantes, y se incluyó en la mayoría de los libros de texto. Entre sus investigaciones desarrolló una tinción con carmín para la mencionada visualización de cromosomas mediante microscopía óptica, mostrando por primera vez la morfología de los diez cromosomas del maíz.

Aquí, se viene lo bueno, porque resulta que estudiando dicha morfología, fue capaz de relacionar caracteres que se heredaban conjuntamente con segmentos cromosómicos (es decir, el principio del análisis del ligamiento). Marcus Rhoades indicó que el artículo de McClintock de 1929 en la revista científica Genetics, que versaba sobre la triploidía de los cromosomas de maíz, contenía 10 de los 17 avances científicos de mayor importancia realizados en Cornell durante los años 1929-1935. Lo cual es completamente cierto. Por cierto, la triploidía es una anomalía cromosómica en la que existe un juego adicional de cromosomas, lo que supone un total de 3 juegos de cromosomas, estos casos normalmente no llegan a termino en los animales porque la formación del bebé durante el embarazo no permite que se lleve a término.

En 1930 fue la primera persona en describir los entrecruzamientos que se producen entre cromosomas homólogos durante la meiosis, que podéis ver en este video del canal de Ammu. Junto con su estudiante predoctoral, Harriet Creighton, probó en 1931 que existe una relación entre este entrecruzamiento cromosómico meiótico y la recombinación de caracteres heredables en un organismo, ¡toma ya!

Además, observaron que la recombinación de cromosomas y el fenotipo resultante daban lugar a la herencia de un nuevo carácter. Antes de este descubrimiento, se postulaba que la recombinación genética podría ocurrir durante la meiosis, pero esta evidencia científica lo confirmo (mucho mejor que Miami nos lo confirmo eh 😉). En 1931 Barbara publicó el orden de tres genes del cromosoma 9 de maíz mediante la cartografía genética resultante del entendimiento del mecanismo del ligamiento y entrecruzamiento, en lo cual como os imagináis fue pionera.

En 1933, realizó un estudio citogenético del centrómero, ese puente que une los dos brazos de los cromosomas, mostrando su organización y función. Pero tranquilos, que sigue haciendo cosas Barbara para dejarnos boquiabiertos, McClintock continuó con la línea de la mutagénesis mediante rayos X. Observó que los cromosomas se rompían y fusionaban en estas condiciones, pero que también lo hacían espontáneamente en células del endosperma. También, gracias a ella se evidenció que durante la mitosis (que podéis ver aquí), describió cómo los extremos de las cromátidas rotas se unían después de la replicación del ADN. En efecto, y concretamente, durante la anafase los cromosomas rotos formaban un puente cromatídico, que a su vez desaparecía cuando las cromátidas se movían hacia los polos de las células en esta división. Estas rupturas desaparecían dando lugar a uniones, durante la interfase de la siguiente mitosis, repitiéndose el ciclo y causando mutaciones masivas, lo que conducía a la aparición de endospermo variegado.

Este ciclo de ruptura, fusión y formación de puentes cromosómicos se consideró un descubrimiento crucial, y tu dirás ¿Por qué? Pues, te lo cuento, en primer lugar, porque mostró que la unión de cromosomas no era un proceso aleatorio. Y en segundo lugar, porque detectó un mecanismo para la producción de mutaciones a gran escala. Por todo ello, este mecanismo es objeto de intenso estudio en la investigación del cáncer. Seguro que ahora ya entiendes porque es tan importante.

No obstante, no todo era color de Rosa a Barbara la dejaban fuera de reuniones y la menospreciaban, por eso, y tras varias amenazas con despedirla en 1940 escribió a Charles Burnham diciéndole que «he decidido que debo buscar otro trabajo. No hay nada para mí aquí. Soy una profesora asociada que cobra 3.000 dólares y estoy segura de que éste es mi límite en este lugar».

En 1941 recibió una invitación del director del Departamento de Genética del Laboratorio Cold Spring Harbor para pasar el verano allí. Aceptó dicha invitación como una forma de buscar un puesto de trabajo en un lugar distinto a Misuri. También aceptó el puesto de profesor visitante en la Universidad de Columbia, donde su colega procedente de Cornell Marcus Rhoades era profesor. Este le ofreció compartir su línea de investigación en el Cold Spring Harbor de Long Island. Este mismo año le ofrecieron un puesto en el Laboratorio Cold Spring Harbor perteneciente al Departamento de Genética de la Institución Carnegie de Washington, que aceptó.

Tras trabajar un año a tiempo parcial, McClintock aceptó un puesto de investigadora a tiempo completo en el laboratorio de Cold Spring Harbor. En él continuó su trabajo sobre el ciclo de «ruptura-fusión-puente», siendo extraordinariamente productiva en publicaciones científicas. Por ello, en 1944 fue reconocida como académica en la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos, siendo así la tercera mujer en ser elegida. Un año después sería nombrada presidente de la Genetics Society of America, cargo desempeñado anteriormente por varones, siendo pionera como mujer. Por sugerencia de George Beadle, en 1944 realizó un análisis citogenético en el hongo Neurospora crassa; en este hongo Beadle había demostrado la relación gen-enzima por primera vez. Dicho estudio se realizó en la Universidad Stanford, y en él Barbara determinó el cariotipo del hongo así como su ciclo vital. Desde entonces, N. crassa es un organismo modelo en estudios genéticos. Punto más para Barbara por si no nos parecía suficiente.

Descubrimiento de elementos reguladores

A estas alturas Barbara McClintock ya nos ha sorprendido pero es que hizo más cosas aún se empleó el verano de 1944 en el laboratorio de Cold Spring Harbor en dilucidar el mecanismo subyacente al fenómeno del mosaico genético, generador de pautas de color en semillas de maíz, y su herencia genética. Así, describió dos loci (ver glosario genética) que denominó Dissociator (Ds) y Activator (Ac). Ds no solo estaba relacionado con la ruptura cromosómica, sino que afectaba a la actividad de genes cercanos cuando Ac estaba también presente, esta relación es crucial conocerla para lo que viene después. En 1948, descubrió que ambos loci eran elementos transponibles que podían, por tanto, cambiar su posición en el cromosoma.

Estudió los efectos de la transposición de Ac y Ds analizando las pautas de coloración en los núcleos del maíz a lo largo de generaciones, interviniendo en los cruzamientos, y describió la relación entre los dos loci mediante análisis de microscopía. Su conclusión fue que Ac controlaba la transposición de Ds del cromosoma 9, y que dicho movimiento era causa de la ruptura del cromosoma. Cuando Ds se mueve, el gen que determina el color de la aleurona se expresa puesto que pierde el efecto represor de Ds, lo que conduce a la aparición de color. Dicha transposición es aleatoria, lo que significa que afecta a unas células sí y a otras no; esto provoca la aparición de un mosaico en la infrutescencia, es decir, que aparezcan manchas en vez de ser de un solo color. Barbara también determinó que la transposición de Ds está determinada por el número de copias de Ac.

Imagen 3. La relación de Ac/Ds en el control de los elementos y mosaico de color del maíz. La semilla en 10 es incolora, donde Ac no está presente y Ds inhibe la síntesis de los pigmentos coloreados denominados antocianinas. Del 11 al 13, las semillas poseen una copia de Ac. Ds puede inhibir parcialmente la producción de los pigmentos, lo que provoca la aparición de una pauta en mosaico. En el núcleo del panel 14 hay dos elementos Ac y en 15, tres. Imagen extraída de: https://es.wikipedia.org/wiki/Barbara_McClintock#/media/Archivo:Corn_mosaic.jpg

Entre los años 1948 y 1959, desarrolló una hipótesis que explicaba cómo los elementos transponibles regulan la acción de los genes inhibiendo o modulándolos. De este modo, definió a Ds y Ac como unidades de control, o elementos reguladores, para separarlos claramente de los genes. Así, hipotetizó que la regulación génica puede explicar cómo los organismos multicelulares pueden diversificar las características de cada célula, aun cuando su genoma sea idéntico. Para este momento histórico la gente estallaba la cabeza con esta idea, pero, esta aproximación, tan novedosa, cambió el concepto del genoma, que hasta entonces era interpretado como un conjunto de instrucciones estático que pasaba a través de las generaciones.

Su trabajo sobre la regulación génica y los elementos de control era conceptualmente complejo y novedoso, por lo que sus contemporáneos mostraron cierto recelo a sus descubrimientos. Ella misma describió esa respuesta como de «perplejidad e incluso hostilidad», pero no pasa nada, porque de cualquier manera, Barbara continuó con la línea de investigación. A partir de 1950, realizó multitud de ponencias sobre sus resultados, que publicó en 1953 en la revista Genetics. Más adelante, identificó un nuevo elemento regulador denominado «Suppressor-mutator» (Spm), que, si bien era parecido a Ac/Ds, tenía un funcionamiento más complejo. No obstante, la reacción de la comunidad científica y la percepción de McClintock de estar alienándose de la corriente científica principal de sus contemporáneos hizo que decidiera dejar de publicar sus resultados sobre este tema, lo cual es una pena.

Barbara McClintock se jubiló oficialmente de su puesto en la Carnegie Institution en 1967, siendo nombrada miembro distinguido de esta entidad. Esta distinción le permitió continuar trabajando como científico emérito en el Laboratorio Cold Spring Harbor con sus colegas y estudiantes graduados. De hecho, permaneció afiliada al laboratorio hasta su muerte. Respecto de su decisión de no continuar con la publicación de sus hallazgos sobre los elementos reguladores, escribió en 1973 que:

A lo largo de los años he descubierto que es difícil, si no imposible, hacer que otra persona sea consciente de sus suposiciones tácitas si, a través de mis experiencias, yo lo he sido. Esto se hizo dolorosamente evidente en la década de los 1950 cuando intenté convencer a mis colegas de que la acción de los genes tenía que estar y estaba controlada. Hoy día es igualmente doloroso reconocer la inmovilidad de las suposiciones que otras personas mantenían respecto de los elementos reguladores en el maíz y su modo de acción. Uno debe esperar al momento idóneo para un cambio conceptual.

La importancia del trabajo de McClintock solo se valoró en su plenitud cuando en la década de los sesenta los genetistas franceses François Jacob y Jacques Monod llegaron a conclusiones semejantes trabajando con el operón lac, publicados estos resultados en 1961. Barbara McClintock escribió un artículo en American Naturalist aprovechando el momento y comparando el funcionamiento del operón lac con el sistema Ac/Ds del maíz. De hecho, los libros de texto de Genética no reconocen aún sus contribuciones sobre la regulación genética, aún hoy en día, al menos algunos.

Barbara fue ampliamente reconocida por su descubrimiento de la transposición cuando este proceso fue descrito por otros autores en bacterias y levaduras a finales de los sesenta y principios de los setenta. En esta época, las herramientas de biología molecular permitían dilucidar la base molecular del proceso, aunque en los años 1970, se clonó Ac y Ds, mostrándose que eran transposones de clase II. Es más, el Ac es un transposón completo, que codifica en su secuencia una transposasa funcional, lo que permite el movimiento del elemento a través del genoma. Mientras el Ds, en cambio, codifica una versión mutada de la transposasa, no funcional, por lo que requiere de la presencia de Ac para poder saltar en el genoma, coincidiendo con la descripción funcional que describió Barbara. Finalmente, Spm también es un transposón, que en estudios posteriores demostraron que estas secuencias no se mueven si las células no están sufriendo un estrés, como la ruptura por irradiación u otros. Por todo ello, su activación podría proporcionar una fuente evolutiva de variabilidad, así lo entendió Barbara como su papel como agentes evolutivos antes de que otros científicos lo sospecharan. Hoy día, el sistema Ac/Ds se emplea como herramienta de mutagénesis en plantas para caracterizar genes de función desconocida, como organismo modelo,incluso en especies distintas al maíz.

Reconocimientos y legado

En 1957, McClintock obtuvo financiación procedente de la National Science Foundation y de la Fundación Rockefeller para estudiar el maíz de Sudamérica, una región que cuenta con una rica diversidad de especies y que por lo tanto le permitiría estudiar su evolución biológica. Para este fin empleó varias razas, de las que describió características evolutivas, cromosómicas y morfológicas. Desde 1962, supervisó el trabajo de cuatro científicos que trabajaban con variedades sudamericanas en la Universidad de North Carolina State en Raleigh. Dos de estos becarios, Almiro Blumenschein y T. Angel Kato, mantuvieron la línea de investigación en Sudamérica hasta los años 1970. En 1981 (tras veinte años de trabajo), Blumcschein, Kato y McClintock publicaron un artículoque se considera un hito en los estudios de etnobotánica, paleobotánica y botánica evolutiva.

Imagen 4. Barbara en una charla. Imagen extraída de: https://es.wikipedia.org/wiki/Barbara_McClintock#/media/Archivo:McClintock_Nobel_Lecture.jpg McClintock el 8 de diciembre de 1983, dando una charla incluida en las conferencias Nobel.

Debido a su extraordinaria producción científica y al apoyo de sus colegas, McClintock obtuvo varios galardones y becas postdoctorales del United States National Research Council (el equivalente en ingenierías a la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos). Esto condujo a la continuación de sus estudios en Cornell, en la Universidad de Misuri y en el Instituto de Tecnología de California, en el cual trabajó con E. G. Anderson. Durante los veranos de 1931 y 1932, trabajó en Misuri con el genetista Lewis Stadler, que le aportó el uso de rayos X como agente mutágeno. Empleando así líneas de maíz mutagenizadas, identificó los cromosomas en anillo, que son estructuras de ADN circulares generadas por la fusión de los extremos de un único cromosoma irradiado. Analizando este resultado, McClintock hipotetizó que debía existir una estructura en los extremos de los cromosomas que los estabilizaran. Durante este periodo, demostró además la existencia del organizador nucleolar en una región del cromosoma 6 de maíz, que es esencial para el ensamblaje del nucléolo.

McClintock recibió una beca de la Fundación Guggenheim que sufragó seis meses de aprendizaje en Alemania durante 1933 y 1934. Su plan era trabajar con Curt Stern, investigador que demostró el entrecruzamiento en Drosophila melanogaster (un organismo modelo importante) que semanas después de que ella y Creighton hicieran lo propio en maíz. No obstante, Stern emigró a Estados Unidos justo entonces, su laboratorio aceptor resultó ser Richard B. Goldschmidt. Debido a la tensión política de la Alemania de entonces, acortó la duración de la estancia y regresó a Cornell, donde permaneció hasta 1936, cuando obtuvo la plaza de profesor asistente en el Departamento de Botánica de la Universidad de Misuri-Columbia.

McClintock fue premiada en 1971 con la National Medal of Science por Richard Nixon. Cold Spring Harbor también bautizó con su nombre un edificio en 1973. En 1981, fue la primera becaria de la Fundación John D. y Catherine T. MacArthur, beca que informalmente se conoce como la «de los genios». Este mismo año fue premiada con el premio Albert Lasker por Investigación Médica Básica, el premio Wolf en Medicina y galardonada con la medalla Thomas Hunt Morgan que concede la Genetics Society of America. En 1982, la Universidad de Columbia le concedió el premio Louisa Gross Horwitz por su trabajo en la «evolución de la información genética y la regulación en su expresión». En 1983, recibió el premio Nobel de Medicina o Fisiología debido a su trabajo sobre los elementos transponibles, treinta años después de que lo llevara a cabo.

Académicamente recibió catorce doctorados honoris causa en Ciencia, así como uno en Humanidades. En 1986, fue incluida en la National Women’s Hall of Fame.

La relevancia del trabajo académico de Barbara puede aproximarse evaluando el número de publicaciones de otros autores que han empleado alguno de sus artículos como referencia. En 2010, estas citas eran de 1450, con un promedio de 131 por artículo. No obstante, McClintock siempre fue sensible al panorama científico que la rodeaba; al percibir que sus estudios sobre la regulación de la expresión génica eran demasiado innovadores para la corriente científica principal de la época, decidió posponer la publicación de resultados. No obstante, esta ausencia de publicación en revistas profesionales fue compatible con la difusión de sus resultados al entorno de colegas no escépticos. Su filosofía de trabajo se ve reflejada en la opinión que vertió en 1983 (el año de concesión del Nobel):

A lo largo de los años he disfrutado realmente de no estar obligada a defender mis interpretaciones. Simplemente pude trabajar con el máximo placer. Nunca me sentí con la necesidad, ni con el deseo, de defender mis puntos de vista. Si algo resultaba ser incorrecto, simplemente olvidaba que hubiera compartido esa perspectiva. No importaba.

McClintock falleció por causas naturales el 2 de septiembre de 1992 en el Hospital de Huntington, cercano al Laboratorio Cold Spring Harbor, a los noventa años de edad; no dejó descendencia.

Imagen 5. Un microscopio de McClintock y mazorcas de maíz, tal y como se exhiben en el MuseoNacional de Historia Natural de la Institución Smithsoniana. Imagen extraída de: https://es.wikipedia.org/wiki/Barbara_McClintock#/media/Archivo:Corn_and_microscope.jpg

Conclusiones

No fue ninguneada como pudieran pensar muchos por sus compañeros, era bastante respetada, se rechazaron sus ideas un poco por ser mujer algunos, pero la mayor parte por miedo al desconocido mundo genético y las innovaciones que ella aportó.

El trabajo de Barbara McClintock nos recuerda que la ciencia no siempre sigue un camino recto. A veces, las ideas más innovadoras requieren tiempo y perseverancia para ser comprendidas y aceptadas. Su descubrimiento de los transposones cambió la forma en que vemos el ADN, demostrando que los genes no son estructuras fijas, sino que pueden moverse y adaptarse. Hoy, el legado de McClintock vive en cada avance en genética y biotecnología, y su historia es un ejemplo brillante de cómo la curiosidad y la pasión pueden transformar el mundo.

Referencias

Coe, E. and Kass, L.B. (2005), «Proof of physical exchange of genes on the chromosomes», Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (National Acad Sciences) 102 (19): 6641.
Comfort, N.C. (1999), «The Real Point is Control: The Reception of Barbara McClintock’s Controlling Elements», Journal of the History of Biology (Springer) 32 (1): 133-162.
Comfort, Nathaniel C. (junio de 2001). The Tangled Field: Barbara McClintock’s search for the patterns of genetic control. Cambridge, MA: Harvard University Press. ISBN 0-674-00456-6.
Kass, L.B. (2003), «Records and recollections: a new look at Barbara McClintock, Nobel-Prize-winning geneticist», Genetics (Genetics Soc America) 164 (4): 1251.
Kass, L. (2005), «plantsciencebulletin», Plant Science Bulletin 51 (4): 118-125.
Kass, L.B. (2005), «Missouri compromise: tenure or freedom? New evidence clarifies why Barbara McClintock left academe», Maize Genetics Cooperation Newsletter 79: 52.
Kass, L.B. and Bonneuil, C. (2004), «Mapping and seeing: Barbara McClintock and the linking of genetics and cytology in maize genetics, 1928-1935», Classic Genetic Research and Its Legacy: The Mapping Cultures of 20th Century Genetics: 91-118.
Keller, E.F. and McClintock, B. (1983), A Feeling for the Organism, Freeman San Francisco.

Gracias por leer, podéis leer sobre más científicas y científicos aquí, sobre plantas por aquí y sobre genética por aquí.

Que la ciencia y la fuerza os acompañe

Ammu