En este artículo, echaremos un vistazo al trabajo de Hermann Joseph Muller sobre las mutaciones radiactivas en moscas de la fruta y veremos cómo su trabajo contribuyó a las ciencias de la vida.


La radiactividad es peligrosa. Desde la catástrofe de Fukushima, ha hecho que el pescado japonés desaparezca de la mesa, que la gente no esté dispuesta a permitir que haya centrales nucleares e instalaciones de eliminación de residuos radiactivos cerca de sus casas, y ha convertido la tranquila ciudad bielorrusa de Chernóbil en una zona de muerte que sigue siendo inhabitable. Pero los efectos de la radiactividad en los seres vivos, que han matado a Marie Curie, ganadora de dos premios Nobel, a los trabajadores de una fábrica de relojes fluorescentes (las chicas del Radio) y a innumerables personas demasiado numerosas para mencionarlas, fueron sorprendentemente poco conocidos hasta principios del siglo XX. Fue Hermann Joseph Muller quien llevó la radiactividad desde el juguete de los físicos al mundo de las ciencias de la vida. Hermann Joseph Muller nos ayudó a comprender los efectos de la radiactividad en los seres vivos y, lo que es más importante, cómo podía utilizarse en la investigación de las ciencias de la vida.

El logro científico más destacado de Hermann Joseph Muller, El problema de la modificación genética, se presentó en el Congreso Internacional de Genética (ICG) celebrado en Berlín en 1927. En este trabajo demostró que la radiactividad provoca mutaciones en el ADN de las moscas de la fruta. Para entender cómo, primero tenemos que conocer el cromosoma ClB, un importante dispositivo utilizado en el experimento.

Hermann Joseph Muller observó el aspecto de muchas moscas de la fruta y sus crías, y obtuvo una mosca de la fruta con un cromosoma X especializado que presentaba varias mutaciones importantes. El cromosoma presentaba tres anomalías importantes en comparación con las moscas de la fruta normales. La primera mutación estaba en un gen importante que es esencial para la vida, por lo que si ambos cromosomas X de la hembra tenían esta mutación, o si el único cromosoma X del macho tenía esta mutación (los machos tienen un cromosoma X y un cromosoma Y), la mosca de la fruta moriría antes de nacer. Sin embargo, si sólo un cromosoma X de la hembra tiene la mutación, la mosca de la fruta puede seguir viviendo. Esto se denomina gen letal recesivo, porque no es lo suficientemente fuerte como para ser utilizado en combinación con un gen normal. La segunda mutación está en el gen que determina la forma del ojo. Si tiene una de estas mutaciones, sus ojos serán más achatados en lugar de redondos. La última mutación está en un gen que ayuda a que los cromosomas se mezclen durante la formación del óvulo. La diversidad genética es un factor importante en la longevidad de una especie, y los organismos multicelulares, incluidos los seres humanos y las moscas de la fruta, logran la diversidad genética a través de un proceso llamado cruce, que implica la delicada mezcla de cromosomas de cada progenitor. Pero esta mutación impide que se produzca el cruce en las células de la mosca de la fruta. Esto impide que los cromosomas, que Hermann Joseph Muller descubrió laboriosamente, sean copolimerizados por el proceso de cruce. El cromosoma se denomina cromosoma ClB por la primera letra de cada mutación (Cross-compressor, lethal, Bar-eye).

El trabajo de Hermann Joseph Muller pudo utilizar este cromosoma inusual, pero ingeniosamente construido, para demostrar que la radiactividad crea mutaciones no intencionadas. El experimento era sencillo. En primer lugar, cruzaron machos sanos que no presentaban ninguna de las mutaciones anteriores con hembras que tenían uno de sus dos cromosomas X como cromosoma ClB (no podían estar vivas si ambos eran ClB). Las hembras habrían sobrevivido aunque hubieran heredado el cromosoma ClB de su madre, porque carecían del gen letal en el cromosoma X de su padre. La probabilidad de recibir un cromosoma normal o un cromosoma ClB es exactamente 1/2, por lo que las hembras con los ojos en forma de varilla representarían la mitad de todas las hembras de mosca de la fruta nacidas. A continuación, se expuso a los machos a diferentes intensidades de rayos X antes del experimento, y se realizó el mismo experimento que el anterior. Sorprendentemente, cuanto más intensa era la exposición a los rayos X, menor era el porcentaje de hembras jóvenes de mosca de la fruta cuyos ojos adquirían forma de bastón.

Hermann Joseph Muller interpretó este resultado como que los rayos X causaban una mutación letal recesiva en el cromosoma X normal de la mosca de la fruta padre. Si los rayos X crean un gen letal recesivo en el cromosoma X de la mosca de la fruta padre, la mosca de la fruta que recibe el cromosoma ClB de la madre y el gen letal recesivo del padre no puede sobrevivir porque sus ojos tienen forma de bastón. Sin embargo, si la mosca de la fruta recibe un cromosoma X normal de su madre, puede nacer con normalidad, aunque tenga una mutación genética letal recesiva en el cromosoma X de su padre. Así pues, la interpretación de Hermann Joseph Muller explica correctamente por qué el número de moscas de la fruta con ojos normales se mantuvo más o menos igual, pero el número de moscas de la fruta con ojos en forma de bastón disminuyó. Esto demuestra que los rayos X provocan mutaciones.

Los trabajos de Hermann Joseph Muller revolucionaron la biología. La mutación es el instrumento más básico para estudiar el ADN. Si se quiere saber que una parte del ADN realiza una función específica, la forma más fácil de hacerlo es tomar un individuo con todas las demás partes del ADN idénticas, pero con una mutación en esa parte del ADN, y ver cuál es la diferencia. De hecho, tanto Mendel, famoso por su experimento con guisantes, como Morgan, el maestro de Hermann Joseph Muller, trabajaron con mutaciones naturales.

Sin embargo, el principal problema de este método es que las mutaciones naturales son muy raras. En la mosca de la fruta, uno de cada 360 millones de pares de bases de ADN muta cada vez que se replica, y si tomamos un gen típico de 1600 pares de bases (la hemoglobina humana), sólo uno de cada 220.000 tendrá una mutación en el gen que queremos. Sin embargo, no todas las mutaciones pueden afectar al fenotipo real, por lo que las probabilidades de obtener el mutante que queremos son mucho menores. De hecho, Morgan necesitó más de dos años de experimentación antes de poder encontrar una mosca de la fruta con ojos blancos, a diferencia de la típica mosca de la fruta de ojos rojos. Teniendo en cuenta que una generación de moscas de la fruta dura unas dos semanas, es difícil utilizar las mutaciones naturales para el descubrimiento biológico.

En cambio, el método de Hermann Joseph Muller permitió a los biólogos reducir drásticamente el tiempo necesario para realizar experimentos. Al utilizar la radiactividad para aumentar artificialmente la tasa de mutación, resulta más fácil encontrar individuos con mutaciones en el segmento de ADN deseado. La mutagénesis radiactiva se utilizó en muchos experimentos, entre ellos el de Beadle y Tatum de un solo gen y un solo efecto, que propuso por primera vez la identidad específica de los factores genéticos y contribuyó significativamente al desarrollo de la genética primitiva.

Tras sus monumentales experimentos con moscas de la fruta, Hermann Joseph Muller siguió experimentando con diferentes organismos, como el maíz y las avispas, y diferentes mutágenos, como el gas mostaza, y en su trabajo de 1941 Role of Radiation Mutations in Mankind (El papel de las mutaciones por radiación en la humanidad) y otros artículos, hizo hincapié en los peligros que los agentes mutagénicos pueden suponer para el ser humano. En 1946, el año después de que las bombas atómicas crearan dos nubes en forma de hongo sobre el archipiélago japonés, Hermann Joseph Muller fue galardonado con el Premio Nobel.

El trabajo de Hermann Joseph Muller se ha utilizado activamente en muchos experimentos biológicos monumentales, como se ha comentado anteriormente. Hoy en día, por supuesto, la radiactividad se utiliza raramente en experimentos biológicos, eclipsada por nuevas tecnologías como las enzimas de restricción y las tijeras genéticas TALEN/Crispr-Cas9 que pueden cortar y pegar con precisión el sitio deseado en el ADN, pero el trabajo de Muller sigue siendo válido por descubrir por primera vez que la eficiencia de la investigación de mutaciones, que dependía de probabilidades extremadamente bajas, podría mejorarse drásticamente mediante la intervención artificial.