William Thomas Astbury FRS (25 de febrero de 1898 - 4 de junio de 1961) fue un físico y biólogo molecular inglés que realizó estudios pioneros de difracción de rayos X de moléculas biológicas . [1] Su trabajo sobre la queratina proporcionó la base para el descubrimiento de la hélice alfa por parte de Linus Pauling . También estudió la estructura del ADN en 1937 y dio el primer paso en la elucidación de su estructura .
Astbury fue el cuarto de siete hijos, nacido en Longton, Stoke-on-Trent . Su padre, William Edwin Astbury, era alfarero y mantenía cómodamente a su familia. Astbury también tenía un hermano menor, Norman, con quien compartía su amor por la música. [ cita requerida ]
Astbury bien podría haberse convertido en alfarero, pero, afortunadamente, ganó una beca para la escuela secundaria Longton , donde sus intereses fueron moldeados por el director y el segundo maestro, ambos químicos . Después de convertirse en delegado y ganar la medalla de oro del duque de Sutherland , Astbury ganó la única beca local disponible y fue al Jesus College, Cambridge . [ cita requerida ]
Después de dos semestres en Cambridge, sus estudios se vieron interrumpidos por el servicio durante la Primera Guerra Mundial . Una mala calificación médica después de una apendicectomía resultó en su destino en 1917 a Cork , Irlanda , con el Cuerpo Médico del Ejército Real . Más tarde regresó a Cambridge y terminó su último año con una especialización en física .
Después de graduarse en Cambridge, Astbury trabajó con William Bragg , primero en el University College de Londres y luego, en 1923, en el Laboratorio Davy-Faraday de la Royal Institution de Londres . Entre sus compañeros de estudios se encontraban muchos científicos eminentes, entre ellos Kathleen Lonsdale y J. D. Bernal, entre otros. Astbury mostró un gran entusiasmo por sus estudios y publicó artículos en la revista Classic Crystallography , como por ejemplo sobre la estructura del ácido tartárico .
En 1928, Astbury fue nombrado profesor de Física Textil en la Universidad de Leeds . Permaneció en Leeds durante el resto de su carrera, siendo nombrado profesor adjunto de Física Textil en 1937 y profesor de Estructura Biomolecular en 1946. Ocupó la cátedra hasta su muerte en 1961. Fue elegido miembro de la Royal Society (FRS) en 1940. [2] El Centro Astbury de Biología Molecular Estructural de Leeds lo conmemora . [3]
Más tarde en su vida recibió numerosos premios y títulos honoríficos.
En Leeds, Astbury estudió las propiedades de sustancias fibrosas como la queratina y el colágeno con financiación de la industria textil . ( La lana se compone de queratina). Estas sustancias no producían patrones definidos de puntos como cristales , pero los patrones proporcionaban límites físicos a cualquier estructura propuesta. A principios de la década de 1930, Astbury demostró que había cambios drásticos en la difracción de fibras de lana o cabello húmedas a medida que se estiraban significativamente (100%). Los datos sugirieron que las fibras no estiradas tenían una estructura molecular enrollada con una repetición característica de 5,1 Å (=0,51 nm). Astbury propuso que (1) las moléculas de proteína no estiradas formaban una hélice (a la que llamó forma α); y (2) el estiramiento hacía que la hélice se desenrollara, formando un estado extendido (al que llamó forma β). Aunque incorrectos en sus detalles, los modelos de Astbury eran correctos en esencia y corresponden a elementos modernos de estructura secundaria , la hélice α y la hebra β (se mantuvo la nomenclatura de Astbury), que fueron desarrollados veinte años después por Linus Pauling y Robert Corey en 1951. Hans Neurath fue el primero en demostrar que los modelos de Astbury no podían ser correctos en detalle, porque involucraban choques de átomos. El artículo de Neurath y los datos de Astbury inspiraron a HS Taylor (1941,1942) y Maurice Huggins (1943) a proponer modelos de queratina que son muy cercanos a la hélice α moderna.
En 1931, Astbury también fue el primero en proponer que los enlaces de hidrógeno entre cadenas principales (es decir, los enlaces de hidrógeno entre los grupos amida de la cadena principal ) contribuían a estabilizar las estructuras proteínicas . Su idea inicial fue adoptada con entusiasmo por varios investigadores, entre ellos Linus Pauling .
El trabajo de Astbury avanzó hasta incluir estudios de rayos X de muchas proteínas (incluidas la miosina , la epidermina [4] y la fibrina ) y pudo deducir de sus patrones de difracción que las moléculas de estas sustancias estaban enrolladas y plegadas . Este trabajo lo llevó a la convicción de que la mejor manera de comprender la complejidad de los sistemas vivos era mediante el estudio de la forma de las macromoléculas gigantes de las que están hechos, un enfoque que popularizó con pasión como "biología molecular". Su otra gran pasión era la música clásica y una vez dijo que las fibras proteínicas como la queratina de la lana eran "los instrumentos elegidos en los que la naturaleza ha tocado tantos temas incomparables e innumerables variaciones y armonías" [5]. Estas dos pasiones convergieron cuando en 1960 presentó una imagen de rayos X tomada por su asistente de investigación Elwyn Beighton de una fibra de proteína queratina en un mechón de cabello que se decía que provenía de Mozart, quien era uno de los compositores favoritos de Astbury. [6]
Pero las proteínas no eran la única fibra biológica que Astbury estudió. En 1937, el sueco Torbjörn Caspersson le envió muestras bien preparadas de ADN de timo de ternera. El hecho de que el ADN produjera un patrón de difracción indicaba que también tenía una estructura regular y que podría ser factible deducirla. Astbury pudo obtener cierta financiación externa y contrató a la cristalógrafa Florence Bell . Ella reconoció que los "inicios de la vida [estaban] claramente asociados con la interacción de proteínas y ácidos nucleicos". [7] Bell y Astbury publicaron un estudio de rayos X sobre el ADN en 1938, describiendo los nucleótidos como una "pila de centavos". [8]
Astbury y Bell informaron que la estructura del ADN se repetía cada 2,7 nanómetros y que las bases se encontraban planas, apiladas, con una separación de 0,34 nanómetros. [9] En un simposio celebrado en 1938 en Cold Spring Harbor , [10] Astbury señaló que el espaciamiento de 0,34 nanómetros era el mismo que el de los aminoácidos en las cadenas polipeptídicas. (El valor actualmente aceptado para el espaciamiento de las bases en la forma B del ADN es 0,332 nm).
En 1946, Astbury presentó un trabajo en un simposio en Cambridge en el que decía: "La biosíntesis es, en esencia, una cuestión de hacer encajar moléculas o partes de moléculas entre sí, y uno de los grandes avances biológicos de nuestro tiempo es la constatación de que probablemente la interacción más fundamental de todas es la que se da entre las proteínas y los ácidos nucleicos". También dijo que la separación entre los nucleótidos y la separación entre los aminoácidos en las proteínas "no era un accidente aritmético".
El trabajo de Astbury y Bell fue importante por dos razones. En primer lugar, demostraron que la cristalografía de rayos X podía utilizarse para revelar la estructura regular y ordenada del ADN, una idea que sentó las bases para el trabajo posterior de Maurice Wilkins y Rosalind Franklin [1] , después de lo cual Francis Crick y James D. Watson identificaron la estructura del ADN en 1953. En segundo lugar, realizaron este trabajo en una época en la que la mayoría de los científicos pensaban que las proteínas eran portadoras de información hereditaria y que el ADN era una molécula aburrida y monótona de poco interés, salvo quizás como componente estructural. En 1944, Astbury fue uno de los pocos científicos que reconoció la importancia del trabajo realizado por el microbiólogo Oswald Avery y sus colegas de Rockefeller Maclyn McCarty y Colin Macleod. Avery y su equipo habían demostrado que el ácido nucleico podía transmitir la propiedad de la virulencia en el neumococo y, por lo tanto, ofrecieron la primera evidencia sólida de que el ADN podría ser el material hereditario. [11]
Astbury describió el trabajo de Avery como "uno de los descubrimientos más notables de nuestro tiempo" [12] y lo inspiró con la visión de que, tras la Segunda Guerra Mundial, establecería un nuevo departamento en Leeds que se convertiría en un centro nacional para abrir el camino a la nueva ciencia de la biología molecular. En una carta al vicerrector de la Universidad de Leeds en 1945, declaró que "toda la biología está pasando ahora a la fase estructural molecular... En todas las ramas de la biología y en todas las universidades esto debe suceder y sugiero que Leeds debería ser audaz y ayudar a liderar el camino". [13]
Lamentablemente, no todos compartían su sueño. El Senado de la Universidad le permitió fundar un nuevo departamento, pero no le permitió utilizar la frase "biología molecular" en el título debido a la oposición de los biólogos de mayor antigüedad, que consideraban que, como físico, Astbury estaba invadiendo sin invitación un territorio intelectual que ellos consideraban legítimamente suyo. El Senado también le concedió unas instalaciones, pero éstas estaban muy lejos de lo que él había esperado. Su nuevo departamento estaba ubicado en una casa adosada de estilo victoriano que requería una reforma sustancial, con suelos irregulares que hacían tambalear el delicado equipo científico, un suministro eléctrico defectuoso y una plomería poco fiable que a veces provocaba inundaciones. Para colmo de males, el Consejo de Investigación Médica rechazó su solicitud de financiación.
A pesar de estos contratiempos, en el nuevo departamento de Astbury se produjeron dos avances importantes. El primero fue la elucidación del mecanismo por el que la trombina actúa como proteasa para catalizar la formación del componente principal de los coágulos sanguíneos, la proteína insoluble fibrina, a partir de su precursor soluble, el fibrinógeno, por parte de Laszlo Lorand, un joven estudiante de doctorado que había huido de su Hungría natal para incorporarse a Astbury. El trabajo de Lorand fue un descubrimiento importante para nuestra comprensión del proceso por el que se forman los coágulos sanguíneos.
El segundo avance fue una serie de nuevas fotografías de rayos X del ADN en forma B tomadas en 1951 por Elwyn Beighton, asistente de investigación de Astbury, que el historiador de la ciencia, el profesor Robert Olby, ha dicho desde entonces que eran "claramente el famoso patrón B encontrado por Rosalind Franklin y R. Gosling". Olby se refería a una imagen de rayos X del ADN en forma B que fue tomada un año después por Rosalind Franklin y su estudiante de doctorado Raymond Gosling en el King's College un año después, que llegó a conocerse como "Foto 51". A pesar de su modesto nombre, esta imagen iba a desempeñar un papel importante en la historia del ADN y una placa en la pared exterior del King's College, Londres, la aclama como "una de las fotografías más importantes del mundo". Esto se debe a que la imagen muestra un llamativo patrón en forma de cruz de puntos negros creados por los rayos X al ser dispersados por la fibra de ADN y cuando a James Watson le mostraron por primera vez la imagen de Franklin y Gosling, este patrón en forma de cruz lo emocionó tanto que dijo "mi boca se abrió y mi pulso comenzó a acelerarse", [14] porque sabía que solo una molécula enrollada en forma helicoidal podía dispersar los rayos X para dar este patrón particular.
La "Foto 51" de Franklin y Gosling proporcionó una de las varias pistas importantes para Watson y Crick, pero la respuesta de Astbury a las imágenes de ADN con rayos X muy similares de Beighton no podría haber sido más diferente. Nunca las publicó en una revista ni las presentó en una reunión científica. Dado que Astbury era un experto tan reconocido en estudios de moléculas biológicas con rayos X, este aparente descuido de una pista tan importante puede parecer sorprendente. Una explicación es que, aunque Astbury reconoció la importancia del ADN, no entendió que la información biológica se transportaba en la secuencia unidimensional de bases dentro de la molécula, sino que residía en variaciones sutiles y elaboradas en su estructura tridimensional. Lejos de dejarle boquiabierto y acelerarle el pulso, la revelación de que el ADN era una simple hélice enroscada habría sido una decepción, pero es interesante especular sobre lo diferente que podría haber sido la historia si Astbury hubiera mostrado la imagen de Beighton a su amigo y colega, el eminente químico estadounidense y premio Nobel, Linus Pauling, cuando visitó a Astbury en su casa de Headingley, Leeds, en 1952. Pauling era, en ese momento, el mayor rival de Watson y Crick en su intento de resolver la estructura del ADN y estaba desesperado por obtener una imagen de difracción de rayos X de buena calidad del ADN. En 1952, ya había propuesto un modelo incorrecto del ADN basado en el trabajo temprano de Astbury y Bell, pero si Astbury hubiera mostrado a Pauling estas nuevas imágenes tomadas por Beighton, bien podría haber sido Caltech, Pasadena y no Cambridge, Reino Unido, el que hoy se recuerda por el descubrimiento de la doble hélice. A pesar de esta oportunidad perdida, Astbury, junto con Florence Bell, hizo una contribución importante al demostrar que los métodos de cristalografía de rayos X podían usarse para revelar la estructura regular y ordenada del ADN.
Pero quizás el mayor legado científico de Astbury fue su inusual abrigo. A finales de la década de 1930, Astbury y sus colaboradores AC Chibnall y Kennet Bailey demostraron que, mediante un tratamiento químico, las cadenas moleculares de las proteínas solubles de las semillas podían redoblarse para convertirlas en fibras insolubles. La empresa ICI estaba tan interesada en esta idea que construyó una planta de producción piloto en Escocia para una nueva fibra textil llamada "Ardil", que se producía alterando deliberadamente la estructura molecular del principal componente proteico soluble de las nueces de mono para redoblarlo y convertirlo en una fibra insoluble con la esperanza de utilizarlo como un sustituto barato y abundante de la lana como materia prima en la industria textil. Para demostrar la viabilidad de esta idea, ICI fabricó un abrigo entero de Ardil que Astbury usaba regularmente en sus conferencias y, al final, aunque Ardil no resultó ser la salvación de la industria textil británica, sirvió como una poderosa ilustración de la convicción de Astbury de que no solo podíamos resolver la estructura de biomoléculas gigantes como las proteínas y el ADN usando rayos X, sino que también podríamos manipular deliberadamente estas estructuras para nuestros propios fines prácticos.
Esta fue una idea que realmente cobró madurez a mediados y fines de la década de 1970 con el surgimiento de la tecnología del ADN recombinante; para entonces Astbury ya había fallecido, pero como escribió su amigo y colega, JDBernal, en un obituario dedicado a él: "Su monumento se encontrará en toda la biología molecular". [15]
Astbury era conocido por su inagotable alegría , idealismo , imaginación y entusiasmo . Previó correctamente el tremendo impacto de la biología molecular y transmitió su visión a sus estudiantes, "su eufórico celo evangelizador transformó la rutina del laboratorio en una gran aventura". [16] El entusiasmo de Astbury también puede explicar una ocasional falta de cautela científica observable en su trabajo; Astbury podía hacer que interpretaciones especulativas parecieran plausibles.
Astbury fue un excelente escritor y conferenciante; sus obras se caracterizan por una claridad notable y un estilo relajado y natural. También le gustaba la música, ya que tocaba tanto el piano como el violín.
Astbury conoció a Frances Gould cuando estaba destinado en Cork, Irlanda, con el Cuerpo Médico del Ejército Real durante la Primera Guerra Mundial . Se casaron en 1922 y tuvieron un hijo, Bill, y una hija, Maureen.
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