Drosophila

HISTORIA DE LA BIOLOGÍA
VII
La Biología Moderna
Ramón Muñoz-Chápuli
enero-marzo 2013
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, Howarth
S, 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 Martinsried
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 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 1900
por 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, 1890-1967
Logra la primera
mutación por rayos X
Nobel 1946
C.B. Bridges 1889-1938
Ligamiento génico
A.H. Sturtevant, 1891-1970
Primer mapa genético del
cromosoma X de Drosophila
Entre 1920 y 1940 se va a realizar
la síntesis entre mutacionismo,
genética mendeliana y selección
natural
R.A. Fisher (1890-1962)
Matemático
Desarrolla 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)
Georges G. Simpson (1902-1984)
Julian Huxley
(1887-1975)
La Biología del Desarrollo es revolucionada
por el descubrimiento del organizador
Los estudios embriológicos llevan al
desarrollo de los métodos de cultivo celular
Hans Spemann
1869-1941
Premio 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)
Las vitaminas
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 D y la C
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.
• Woods estudió la epidemia en EE.UU. a partir de 1900.
• 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)
Virus de la gripe
Ernst Ruska (1906-1987)
Inventor del microscopio
electrónico
Nobel 1986
• 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 gammaglobulinas 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
Fagraeus
Tiselius
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 (18521919): 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.
James B. Sumner
Hofmeister
El grupo del Fago
Se trata de un grupo internacional y
multidisciplinar que elige al
bacteriófago como modelo para
estudiar la transmisión de caracteres a
nivel molecular
Delbruck, Hershey y Luria reciben el
Premio Nobel en 1969
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
Oswald Avery (1877-1955)
Franklin
Wilkins
Watson y Crick
A partir de datos cristalográficos obtenidos por Rosalind
Franklin (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 fallece en
1958)
“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”
Severo Ochoa (1905-1993)
Nobel en 1959
Santiago Ramón
y Cajal, (18521934)
Nobel en 1906
Margarita Salas
Antonio Gª Bellido
Ginés Morata
María Blasco
Juan Modolell
Carlos López Otín
Mariano Barbacid
Joan Massagué
Ángela Nieto
Salvador Martínez
J.C. Izpisúa Belmonte
Luis Puelles
La genómica y la “materia oscura del genoma”
Mensajeros
Reguladores
Reguladores
Reguladores
Reguladores
Mensajeros
Mensajeros
GEN
Mensajeros
Mensajeros
miRNAs
Proteínas
Proteína
Proteína
Proteína
Proteína
La Biología Sintética
Craig Venter
Fundador de Celera Genomics
La reprogramación celular
Shinia Yamanaka, Nobel 2012
La terapia génica
Instituto de Neurociencias
de Alicante
Carlos Belmonte
Neurociencia:
Neurobiología
Psicología
Informática
Matemáticas
Lingüística
Farmacología
Evolución:
¡Convergencia con el desarrollo!
El 1975 e descubre una falta de
correspondencia entre divergencia genética y
morfológica
Puesta de relieve por Allan C. Wilson y
Mary Claire King en 1975 al comparar
genes humanos y de chimpancés
60% de
identidad
genética
98.77% de identidad
genética
Los genes implicados en la construcción de los
animales, no sólo son pocos... Son los mismos
Ojos ectópicos inducidos por expresión del
gen Pax-6
Mutante
eyeless en
Drosophila
La mutación de Pax-6 en
humanos produce Aniridia
Genes Hox
Los mismos genes organizan el eje AP de vertebrados y Drosophila
El concepto fundamental: Existe una caja de
herramientas genética (toolkit) para construir un
organismo a lo largo del desarrollo
EVO-DEVO: un nuevo concepto en Biología evolutiva
La gran paradoja: Si los genes de la caja de
herramientas son tan similares entre sí, ¿de dónde
procede la diversidad?
Mutaciones en elementos cis-reguladores (CREs)
Controlan el patrón espacial y temporal de la expresión
de los genes del toolkit
Diferencia entre un gen
estructural y un gen del
toolkit implicados en
desarrollo del ojo.
Cambio en regulación espacial: El paso de
la aleta a la pata implica un nuevo dominio
de expresión de Hoxd-11 y Hoxd-13, que
forma ejes esqueléticos adicionales
Polisindactilia (mutación en Hoxd-13)
Aumento del tamaño
de los dedos en
murciélagos y
aumento en la
actividad de un CRE
en el gen Bmp2
(Sears et al. PNAS,
103:6581, 2006)
Evo-Devo
experimental
Introducción del
enhancer BatE en el
gen Prx1 de ratón
(Cretekos et al., Genes
Dev. 22:141 (2008)
José Luis Gómez-Skarmeta y
Fernando Casares
Evo-Devo
experimental…
En España
Sobreexpresión de Hoxd13 en la aleta del pez
cebra
(Freitas et al., Dev. Cell 23:1219–1229, 2012)
Pigliucci, Ann. N.Y. Acad. Sci. 1168: 218–228 (2009)