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terça-feira, 1 de julho de 2014

Uma Breve História Sobre a Descoberta do DNA: de Friedrich Miescher à Watson e Crick.

Figura: Watson e Crick com o seu modelo de DNA em metal.

O artigo a seguir apresenta, além de um panorama histórico embasado, fatos curiosos entre os personagens que protagonizam esta descoberta.

Benilson Souza Nunes¹

1. Introdução

O modelo atualmente aceito da molécula de DNA carrega consigo uma longa história de pesquisas. Em geral, associamos a descoberta do atual modelo com a famosa dupla de cientistas Watson e Crick que, em um lendário artigo de 1953, propuseram o que viria a ser, até os tempos de hoje, a base estrutural do ácido desoxirribonucleico (WATSON; CRICK, 1953). Estes, fazendo uso de imagens de difração de raio-x, puderam deduzir um modelo consistente com os conhecimentos e debates da época, isto é, uma estrutura tridimensional formada por dois seguimentos contínuos e composta por unidades meticulosamente ordenadas, então chamadas de nucleotídeos.

Contudo, vale ressaltar que importantes pesquisas relacionadas antecederam este artigo de Watson e Crick da década de 50. Há até mesmo quem diga que a dupla ganhou excessiva notoriedade em comparação com seus contemporâneos e antepassados, ofuscando trabalhos adjacentes e antecedentes ao icônico Molecular Structure Of The Nucleic Acids. Sendo assim, alguns trabalhos recentes procuram resgatar a perspectiva histórica destes estudos, que em geral se iniciaram catalogando substâncias que se concentravam no núcleo celular (DAHM, 2005). Antes de Friedrich Miescher (1844-1895), por exemplo, nem se quer se falava em ácidos nucleicos, pois os conhecimentos das moléculas celulares se limitavam praticamente a carboidratos, proteínas e lipídios (DAHM, 2008). Foi com Miesche, portanto, que pela primeira vez se falou no que chamamos atualmente de ácidos nucleicos. Ou seja, a descoberta da substância, em contraparte do modelo, antecedeu em muitos anos a efetiva compreensão da mesma (DAHM, 2010).

Na época de Crick havia, claramente, uma rivalidade presente entre as pesquisas. Muito já se sabia sobre a composição química dos elementos do nucleotídeo, faltava, contudo, dizer como eles estavam organizados estruturalmente (ANDRADE; CALDEIRA, 2009). Deduções dos mais variados tipos surgiam então com as evidências disponíveis, impulsionando cientistas a elaborarem modelos. Por vezes, muitos chegavam relativamente perto, tal como se sucedeu ao pesquisador Linus Pauling, que havia proposto algo semelhante ao modelo de Watson e Crick, só que com o DNA constituindo uma tripla hélice, em vez de duas (SILVA, 2010a). De fato, sobretudo na época em que o modelo de 1953 fora proposto, havia muitos nomes envolvidos, em diferentes universidades, com a investigação da estrutura do ácido nucleico. Dentre estes nomes, vale destacar Rosalind Franklin e Maurice Wilkins do King´s College que, como veremos - principalmente Rosalind Franklin -, elaboraram as principais evidências empíricas para se deduzir o modelo da dupla hélice tal como Watson e Crick propuseram (SILVA, 2010a).

2. Descobrindo pela primeira vez o DNA: Friedrich Miescher e a nucleína.
Há importantes controvérsias a respeito de quem realmente descobriu o DNA. Estudos historiográficos procuram apresentar lados que antes eram pouco observados, levando em conta pesquisadores antecedentes e concomitantes ao artigo de 1953, o Molecular Structure Of Nucleic Acids, de Watson e Crick. Em boa verdade, sabe-se que quem descobriu a substância (pois devemos separar a substância do modelo), viveu em meados do século XIX: se trata de Friedrich Miescher, bioquímico suíço de grande talento. Miescher, usando técnicas de precipitação de substâncias, tal como alterações de pH no meio, foi capaz de isolar uma substância do núcleo celular até então desconhecida. Se tratava do ácido nucleico que, no momento, com a tecnologia disponível até então, apresentava-se apenas como um precipitado branco e floculento (DAHM, 2008), que Miescher viria a denominar nucleína. 
Miescher tratou logo de analisar a substância que conseguiu isolar de dentro do núcleo. Nesta análise, para a surpresa dele e do resto da comunidade científica, a substância apresentou uma grande quantidade de fósforo (DAHM, 2008), elemento não encontrado na composição de proteínas - se esperava encontrar, em vez disso, as próprias proteínas como principal componente nuclear. Logo, se pode concluir que a nucleína não se tratava de uma substância já conhecida: Miescher estava diante de uma nova classe de moléculas orgânicas (DAHM, 2010). Esta descoberta provocou certo ceticismo entre a comunidade acadêmica. Para esquivar das dúvidas, Miescher foi obrigado, inclusive, a repetir os experimentos (DAHM, 2005). Após não haver dúvidas sobre a existência da nucleína, a comunidade acadêmica passou a especular sobre sua função, esperando, sobretudo, que estas moléculas tivessem participação na herança de características entre indivíduos (DAHM, 2008). 
Não demorou muito até que Miescher - desta vez utilizando como amostra espermatozoides de salmão - fosse capaz de catalogar os principais elementos da nucleína, quais sejam, carbono, oxigênio, nitrogênio, hidrogênio e fósforo (DAHM, 2008). O início de uma corrida para o desvendamento estrutural dos ácidos nucleicos estava, então, lançado. Na época de Miescher, no século XIX, os cientistas não tinham ainda a disposição uma tecnologia que fosse capaz de estabelecer evidências sólidas da estrutura do DNA. Veremos adiante que somente no século XX a técnica de difração de raio-x passou a estar disponível (ainda assim, importante dizer, se exigiu uma boa dose de dedução).
Após Miescher, outros pesquisadores, motivados pelas descobertas, deram continuidade na investigação do núcleo celular. Em 1889, Richard Altmann, conseguindo isolar o material nuclear de impurezas das quais Miescher não foi capaz de eliminar em sua amostra, renomeou a nucleína, confirmando sua natureza ácida, chamando-a então de ácido nucleico, termo até hoje usado, que Miescher, aliás, não pareceu gostar (ANDRADE; CALDEIRA, 2009; DAHM, 2008). Altmann, com isso, conseguiu acabar de uma vez com as dúvidas, já que antes disso ainda se podia questionar os achados de Miescher em virtude da presença de proteínas contaminantes em sua amostra. 
Outro pesquisador, pouco antes de Altmann, descreveu pela primeira vez o comportamento dos cromossomos durante a divisão celular. O mérito desta pesquisa ficou com Walther Flemming (DAHM, 2005) que cunhou, inclusive, os termos cromatina e mitose, incluindo as subfases desta: prófase, metáfase, anáfase e telófase (CHOUDHURI, 2003). Seguidas pesquisas relacionadas ao núcleo da célula foram realizadas no final do século XIX e início do século XX. Contudo, somente em meados do último século que a estrutura do ácido nucleico passou a estar em destaque de tema. Antes disso, conhecer a função dos ácidos nucleicos, em vez da sua estrutura, parecia ser preferência entre os pesquisadores. Em verdade, se pretendia encontrar a localização do substrato material da teoria de Gregor Mendel (1822-1884) (OLIVEIRA et al., 2004). A nucleína de Miescher, logo, se apresentou como a principal candidata para se compreender o mecanismo molecular da herança genética. Os pesquisadores certamente foram felizes nesta hipótese, tanto que posteriormente nasceu a ciência que hoje chamamos de genética molecular.

3. A elucidação de um modelo estrutural do DNA: de Levene à Crick.
Phoebus Levene (1869-1940) e outros pesquisadores, no início da primeira década do século XX, estabeleceram, finalmente, os componentes básicos do ácido nucleico (ANDRADE; CALDEIRA, 2009; CHOUDHURI, 2003; OLIVEIRA et al., 2004). Se tratava do nucleotídeo, estrutura química formada por uma pentose (ou ribose), uma base nitrogenada em um grupamento fosfato (KLUG, 2004). A partir de então se sabia que os ácidos nucleicos eram formados por pequenos blocos organizados, que se repetiam ao longo de uma grande molécula. 
Levene, além de tomar conhecimento dos nucleotídeos, também foi capaz, em 1929, junto com outros colaboradores, de descobrir que existe mais de um tipo de ácido nucleico (CHOUDHURI, 2003). Sabia-se, então, que havia o DNA (ácido desoxirribonucleico) e o RNA (ácido ribonucleico), cada um diferindo pela presença (RNA) ou não (DNA) de um oxigênio ligado à um dos carbonos da ribose. Esta descoberta viria a ser assombrosa futuramente, já que os ácidos nucleicos não estariam necessariamente no núcleo, pois havia outros deles, tal como o RNA, que estão presentes, também, no citoplasma da célula. Isto significa dizer que a maquinaria molecular dos genes e da sua expressão ultrapassam o núcleo e são, portanto, mais complexos do que se esperava. A fim de informação adicional, a descoberta do RNA terá, no futuro, importante contribuição para a elucidação da síntese proteica, que depende deste mensageiro para carregar uma “receita”. Outros tipos de RNA, que diferem em função, também serão descobertos, incluindo RNAs com função estrutural, de transporte e enzimática. 
Nesta altura das investigações, muitos cientistas já estavam convencidos de que o DNA era quem carregava a informação genética. Contudo, havia quem questionasse esta propriedade, esperando que as proteínas ainda fossem as responsáveis por repassar informações hereditárias. Para solucionar estes questionamentos, um grupo de cientistas, em 1944, inspirados previamente pelos estudos do bacteriologista britânico Friedrich Griffith (OLIVEIRA et al., 2004), usaram substâncias marcadas radioativamente para comprovar que o DNA repassava informações genéticas em bactérias (AVERY; MACLEOD; MCCARTY, 1944). Uma vez que as dúvidas a respeito da característica hereditária do DNA tivessem sido erradicadas, os cientistas estavam finalmente diante do que tanto procuravam: o DNA é o componente genético fundamental, não havia dúvidas. Assim, os anos que se seguiram destas pesquisas foram preferencialmente direcionadas ao desvendamento da estrutura do DNA. Até então, como vimos, sabia-se tão somente da composição química do DNA, sobretudo após os estudos químicos de Levene, mas pouco se sabia, contudo, sobre como estes grupamentos químicos estavam organizados. 
Finalmente os cientistas diretamente envolvidos com a elucidação da estrutura do DNA entram em cena. Vale adiantar os principais nomes: Rosalind E. Franklin (1920-1958), Maurice Wilkins (1916-2004), Linus Pauling (1901-1994), Francis Harry Compton Crick (1926-2004) e James Dewey Watson, este último ainda vivo, nascido em 1928. Outro pesquisador contemporâneo, além destes citados, também merece destaque: se trata de Erwin Chargaff (1905-2002), bioquímico austríaco que procurou demonstrar uma equivalência numérica entre determinados tipos de bases nitrogenadas. As bases nitrogenadas do DNA, em princípio, são em número de quatro: adenina, timina, citosina e guanina. Estas, por sua vez, segundo Chargaff, se concentram em números relativos no ácido nucleico. Assim, adenina e timina apresentam, entre si, uma mesma concentração, tão como citosina e guanina. Isto é, a quantidade de adenina será sempre a mesma de timina, enquanto que a quantidade de citosina será sempre a mesma de guanina e vice-versa, podendo variar de espécie para espécie, mas sempre mantendo esta proporção (FORSDYKE; MORTIMER, 2000). Esta relação comumente observada entre as bases nitrogenadas passou a ser chamada de “lei de Chargaff” (CHOUDHURI, 2003). A lei demonstrada por Chargaff ajudará a dupla Watson e Crick, tão bem como outros pesquisadores, a deduzir o modelo estrutural do DNA.
Chegando ao início da década de 50 do século passado as pesquisas ganham nova amplitude de investigação. Nesta época já estava a disposição dos cientistas a técnica de difração de raio-x, técnica capaz de fornecer imagens, ainda que pouco nítidas, de estruturas a nível molecular. Com conhecimentos sobre e em posse desta técnica, Rosalind Franklin, proeminente pesquisadora do King´s College em Londres, foi central neste cenário, uma vez que ela era a pesquisadora que conseguiu extrair as melhores imagens a partir desta técnica. Assim, ao final de 1951, Rosalind Franklin apresentou um seminário no King´s College, ocasião na qual Watson era um dos espectadores (SILVA, 2007). Watson, entusiasmado com as evidências das imagens de Franklin, tratou logo de voltar a Cambridge e, junto com seu parceiro Crick, passaram a especular possíveis estruturas do ácido nucleico. Esta empreitada resultou, enfim, em um primeiro modelo elaborado pela dupla em 1952, na qual a estrutura apresentava uma forma helicoidal. Contudo o modelo proposto possuía as bases nitrogenadas dispostas externamente, assim como Linus Pauling também havia erroneamente pensado na mesma época (ELKIN, 2003). 
Apesar de errônea, a estrutura proposta por Watson e Crick em 1952 fora apresentada no King´s College. Nesta ocasião, sofreram duras críticas, resultando na proibição de continuarem a investigar a estrutura do DNA, pois na verdade estavam, institucionalmente, comprometidos com suas pesquisas de doutorado em Cambridge (OLIVEIRA et al., 2004). Esta medida proibitiva, felizmente, não foi suficiente para desanimá-los e, em 1953, dispondo de novas imagens conseguidas por Franklin, elaboraram, enfim, o modelo final e correto. O artigo com o modelo proposto de Watson e Crick foi publicado na revista Nature junto com outros dois importantes artigos (FRANKLIN; GOSLING, 1953; WILKINS et al., 1953) que forneciam as bases experimentais do modelo.
Uma importante ocasião, contudo, se mostra relevante destacar. O modelo de 1953, ao que parece, só foi proposto por conta de imagens de difração de raio-x provenientes do King´s College que já sugeriam uma estrutura helicoidal. Estas imagens, conseguidas por Rosalind Franklin, importante ressaltar, foram concedidas por outra pessoa da universidade sem, no entanto, ter o conhecimento dela (SILVA, 2007). Este fato gerou uma polêmica que atravessou o século passado até os dias de hoje. 
A estrutura proposta, enfim, por Watson e Crick em 1953, diferente da tripla hélice de Linus Pauling, contava com uma dupla fita, cada uma delas contando com sequências de fosfatos e riboses repetidamente, constituindo uma longa molécula composta. Entre as duas fitas, ligando-as, havia as bases nitrogenadas, meticulosamente ligadas - adenina com timina e citosina com guanina - respeitando as leis de Chargaff. A dupla hélice se contorcia em si mesma ao longo da cadeia de nucleotídeos, estes já previamente conhecidos (composto formado pelo grupo fosfato, pentose mais a base nitrogenada). É importante notar que o modelo de 1953 apresentava uma elegância formidável, que respeitava as expectativas do DNA ser, de fato, o material que repassa informações genéticas entre as gerações de uma espécie. As leis de Mendel passou a ter, finalmente, um referente material, passível de investigação empírica.

4. Conclusão
Parece inegável que a dupla Watson e Crick possuíam um grande talento dedutivo. Uma vez dispondo de relativamente poucas evidências experimentais, foram capazes de propor diferentes modelos, dentro os quais aquele que correspondeu ao icônico artigo de 1953. Sabe-se que, mais do que encontrar o modelo ideal, eles estavam interessados em procurar referentes moleculares da herança genética (SILVA, 2010a). Neste sentido, o desejo de compreender como características genéticas são repassadas, aliado a um raciocínio perspicaz, possibilitou que a dupla seguisse a intuição correta acerca da estrutura molecular do DNA. 
Contudo, as contribuições experimentais de Rosalind Franklin, ainda que não tivessem convergido em um modelo sucinto como de Watson e Crick, se revelam com grande peso nesta investigação. Em uma importante perspectiva, inclusive, tudo se tratou, no final das contas, de um grande esforço coletivo para a descoberta. Todavia, é preciso reconhecer que também existia uma rivalidade acirrada entre os pesquisadores. As pesquisas de Maurice Wilkins, por exemplo, assim como as pesquisas de Franklin, residiam no King´s College em Londres, mas ainda assim se tratavam de investigações distintas, cada um com sua equipe em um laboratório separado (SILVA, 2010b). Pode-se pensar que se Wilkins e Franklin tivessem trabalhado juntos, a elucidação final da estrutura do DNA poderia ter outro mérito histórico, já que Franklin não parecia estar tão longe da desejada estrutura, pelo contrário, muito do que foi citado no Molecular Structure Of The Nucleic Acids, já se encontravam nos seus próprios relatos investigativos.
Seja como for, o destaque final no volume 171 da revista Nature em 1953, apesar de contar com um artigo de Franklin e sua equipe, acabou por se concentrar no artigo de Watson e Crick, no qual, curiosamente, aparentando uma certa má fé, dizia que se tratava de um modelo “radicalmente diferente” dos outros propostos (WATSON; CRICK, 1953).

¹Biomédico formado pelo UniCEUB e graduando do 8º semestre do curso de filosofia na UnB. email: bennyaulas@gmail.com


Referência Bibliográficas

ANDRADE, M. A. B. S. DE; CALDEIRA, A. M. DE A. O modelo de DNA e a Biologia Molecular: inserção histórica para o Ensino de Biologia. Filosofia e História da Biologia, v. 4, p. 139–165, 2009.

AVERY, O. T.; MACLEOD, C. M.; MCCARTY, M. Studies on the chemical nature of the substance inducing transformation of pneumococcal types. The Journal of Experimental Medicine, v. 79, n. 6, p. 137–158, 1944.

CHOUDHURI, S. The Path from Nuclein to Human Genome: A Brief History of DNA with a Note on Human Genome Sequencing and Its Impact on Future Research in Biology. Bulletin of Science, Technology and Society, v. 23, n. 5, p. 360–367, 1 out. 2003.

DAHM, R. Friedrich Miescher and the discovery of DNA. Developmental biology, v. 278, n. 2, p. 274–88, 15 fev. 2005.

DAHM, R. Discovering DNA: Friedrich Miescher and the early years of nucleic acid research. Human genetics, v. 122, n. 6, p. 565–81, jan. 2008.

DAHM, R. From discovering to understanding. Science and Society, v. 11, n. 3, p. 153–160, 2010.

ELKIN, L. O. Rosalind Franklin and the double helix. Physics Today, v. 56, n. 3, p. 43–8, 26 abr. 2003.

FORSDYKE, D. R.; MORTIMER, J. R. Chargaff’s legacy. Gene, v. 261, n. 1, p. 127–137, dez. 2000.

FRANKLIN, R. E.; GOSLING, R. G. Evidence for 2-chain helix in crystalline structure of sodium deoxyribonucleate. Nature, v. 172, n. 4369, p. 156–7, 25 jul. 1953.

KLUG, A. The Discovery of the DNA Double Helix. Journal of Molecular Biology, v. 335, n. 1, p. 3–26, jan. 2004.

OLIVEIRA, T. H. G. DE; SANTOS, N. F. DOS; BELTRAMINI, L. M. O DNA : uma sinopse histórica. Revista Brasileira de Ensino de Bioquímica e Biologia Molecular, v. 1, 2004.

SILVA, M. R. DA. Rosalind Franklin e seu papel na construção do modelo da dupla hélice do DNA Rosalind Franklin e seu papel na construção do modelo da dupla-hélice do DNA. Filosofia e História da Biologia, v. 2, p. 297–310, 2007.

SILVA, M. R. DA. As controvérsias a respeito da participação de Rosalind Franklin na construção do modelo da dupla hélice. Scientiae Studia, v. 8, n. 1, p. 69–92, 2010a.

SILVA, M. R. DA. Maurice Wilkins e a polêmica acerca da participação de Rosalind Franklin na construção do modelo da dupla hélice do DNA. Filosofia e História da Biologia, v. 5, n. 2, p. 369–384, 2010b.

WATSON, J.; CRICK, F. Molecular structure of nucleic acids: a structure for deoxyribose nucleic acid. Nature, v. 171, p. 737–738, 1953.

WILKINS, M. H. F.; STOKES, A. R.; R., W. H. Molecular Structure of Deoxypentose Nucleic Acids.pdf. Nature, v. 171, p. 738–40, 1953.