Vida temprana: Avery promovió el cambio de Erwin Chargaff de la tuberculosis a los ácidos nucleicos.
Chargaff nació el 11 de agosto de 1905 en el seno de una familia judía en Czernowitz, Ducado de Bucovina (Austria-Hungría), actual Chernivtsi (Ucrania). Se doctoró en Química por la Universidad de Viena en 1928. Abandonó Alemania y se fue al Instituto Pasteur de París en 1933, porque la Alemania nazi pretendía excluir a todos los judíos de las universidades. En 1935, Chargaff ingresó en la Universidad de Columbia y permaneció allí hasta su jubilación.
Durante la Segunda Guerra Mundial, el ejército apoyó algunas de sus investigaciones con la esperanza de abordar las infecciones de los soldados, incluidos los estudios sobre la Rickettsia -y el metabolismo de los lípidos y la virulencia de la tuberculosis-. Cuando descubrió que estos organismos tan pequeños, las Rickettsias, también contenían ácidos nucleicos, se interesó por la química de los ácidos nucleicos. En 1944, Avery anunció que el principio transformador responsable de los cambios fenotípicos en los neumococos era el ADN. Aunque posteriormente se reconoció que se trataba de un experimento histórico en biología, en aquel momento sólo atrajo la atención de unos pocos científicos. El informe de Avery fascinó tanto a Chargaff que cambió por completo su campo de investigación de los lípidos bacterianos a la bioquímica de los ácidos nucleicos. Incluso podría haber sido el primero en reorganizar su laboratorio para verificar el descubrimiento de Avery. Años después dijo: «Vi ante mí en contornos oscuros el comienzo de una gramática de la biología».
¿Cómo se descubrieron las proporciones de bases y las reglas de Chargaff?
Los libros y artículos de Levene sobre los ácidos nucleicos eran una de las pocas referencias sobre estos compuestos en aquella época. Phoebus Levene afirmó que los cuatro nucleótidos diferentes estaban distribuidos uniformemente en la molécula de ADN ((ATCG) n). La simple estructura repetitiva hacía casi imposible que los ácidos nucleicos fueran material genético, pero esto entraba en conflicto con el experimento de Avery. Por lo tanto, Chargaff se propuso reexaminar la hipótesis del tetranucleótido e intentó encontrar una forma de medir con precisión las proporciones de los cuatro nucleótidos. El mayor reto era la dificultad de extraer suficiente ADN puro de los tejidos animales. En aquel momento, parecía imposible realizar un análisis químico preciso de una cantidad tan pequeña de ADN.
Sin embargo, en 1944, Chargaff se inspiró en un artículo de la Wool Industries Research Association de Leeds que describía cómo utilizar la cromatografía en papel para separar aminoácidos. Cuando los investigadores sumergieron un extremo del papel de filtro en una mezcla de aminoácidos y disolventes orgánicos, la mezcla se filtró lentamente hacia arriba a lo largo del papel por acción capilar. Como cada componente era atraído por la celulosa con fuerzas electrostáticas variables, se separaban unos de otros. Cuanto mayor era la atracción, más cerca estaban del fondo del papel, y viceversa. Chargaff se dio cuenta de que, si encontraba un disolvente adecuado, podría separar los cuatro nucleótidos del hidrolizado de ácido nucleico. Su contenido relativo en el extracto se determinó midiendo la absorbancia UV al final de la cromatografía en papel.
Las primeras muestras analizadas procedían de timo y bazo bovinos. Chargaff quedó asombrado de que la proporción de los cuatro nucleótidos no fuera 1:1:1:1. Este fenómeno era similar en otros organismos. Por ejemplo, la proporción de 4 nucleótidos (A:T:G:C) en el ADN del esperma humano era de 29:31:18:18. En la levadura era de 24:25:14:13. Tras analizar cuidadosamente los datos y descartar errores experimentales, resumieron los datos como Reglas de Chargaff sobre el emparejamiento de bases. En el ADN de cualquier organismo, A=T, G=C, es decir, el total de purinas es igual al total de pirimidinas (A+G=C+T); la relación entre A+T y G+C o la relación entre A y G varía de una especie a otra, pero es constante en diferentes tejidos de la misma especie.
El experimento de Chargaff refutó la hipótesis del tetranucleótido de Levene. Había una diferencia esencial entre el ADN como macromolécula biológica y las proteínas. Los cuatro nucleótidos estaban distribuidos al azar en el ADN. La secuencia de nucleótidos podría representar información genética, igual que las letras forman palabras. El ADN debe tener una estructura especial que empareja A con T, y G con C.
En el ARN no existe una regla para la proporción de nucleótidos o de bases.
Chargaff extendió su investigación al ARN y reveló sus diferencias fundamentales con el ADN. Todas las reglas de Chargaff fallaron en el ARN. A≠U, G≠C, y el total de pirimidinas no es igual al total de purinas. Aunque los contenidos de nucleótidos tanto del ARN como del ADN mostraban una diversidad específica de especie similar, el contenido de nucleótidos del ARN de la misma especie variaba incluso de un tejido a otro (si has estudiado el dogma central, comprenderás que el ARN es la plantilla para la síntesis de proteínas. Cada tejido tiene un ARN específico para expresar sus proteínas únicas). Por ejemplo, la proporción de cuatro nucleótidos en el ARN del hígado porcino era de 10:7,7:16,2:16,1 (A:T:G:C), y era de 10:4,6:22,5:9,8 en el páncreas porcino.