La vida probablemente comenzó con una molécula, o conjunto de moléculas, que podían hacer copias de sí mismas. Ahora hemos dado un gran paso hacia la creación de tales moléculas nosotros mismos.
Durante las últimas cuatro décadas, los biólogos han avanzado mucho hacia la creación de moléculas autorreplicantes en el laboratorio. Sin embargo, sus esfuerzos se vieron frustrados por una aparente paradoja.
Ahora Philipp Holliger y sus colegas en el Laboratorio de Biología Molecular de MRC en Cambridge, Reino Unido dicen que han encontrado la respuesta.
Hay muchas razones para pensar que la primera molécula autorreplicante estaba hecha de ARN, que todavía juega un papel importante en las células vivas de la actualidad. El ARN puede almacenar información en su secuencia, al igual que el ADN. También se puede plegar en formas complejas y actuar como una enzima, lo que genera importantes reacciones químicas.
La paradoja del ARN
Inspirados por esta idea, muchos grupos han estado creando enzimas de ARN que pueden hacer copias de otras moléculas de ARN.
El problema es que estas enzimas de ARN solo pueden copiar moléculas de ARN que no se han plegado en formas complejas, dice Holliger. «En el momento en que la molécula de ARN se dobla, la enzima se atasca».
Ahí radica la paradoja. El ARN solo puede actuar como una enzima si se dobla, pero las enzimas de ARN no pueden replicar un ARN plegado, por lo que parece que ninguna enzima de ARN puede replicarse a sí misma.
La solución de Holliger es cambiar los componentes básicos que utiliza la enzima ARN al construir un nuevo ARN.
P. Holliger / MRC / LMB
Cada ARN es una cadena de moléculas más pequeñas llamadas nucleótidos. En las células vivas actuales, las enzimas de ARN construyen nuevos ARN al agregar un nucleótido a la vez.
Pero la nueva enzima de ARN de Holliger construye ARN a partir de «trinucleótidos»: moléculas ligeramente más grandes, que son simplemente tres nucleótidos ya unidos. Él llama a su enzima «t5 + 1».
Cuando los trinucleótidos se unen a secuencias complementarias en una molécula de ARN plegada, abren la estructura, dice Holliger. El t5 + 1 puede unir los trinucleótidos en la secuencia correcta.
Aún en sus inicios
Mientras que t5 + 1 puede hacer copias de sí mismo, necesita ayuda. «Todavía necesita mucha atención de cuidado en el laboratorio para hacer eso», dice Holliger.
Para empezar, a t5 + 1 solo se le dieron trinucleótidos para usar como bloques de construcción, en lugar de la combinación de nucleótidos que probablemente se encuentre en la naturaleza.
«Los trímeros (trinucleótidos) son productos plausibles de la química prebiótica», dice John Sutherland, quien también se encuentra en el Laboratorio de Biología Molecular del MRC, pero no formó parte del equipo. «Sin embargo, los trímeros puros son poco probables».
Además, una vez que t5 + 1 hizo segmentos de su propia secuencia, el equipo purificó los segmentos y los volvió a agregar en altas concentraciones para completar la síntesis.
De modo que todavía queda un largo camino por recorrer para crear un autorreplicador que funcione por sí mismo. «Sin embargo, es un paso importante hacia ese objetivo», dice Holliger.
Otro problema con el t5 + 1 es que es una molécula grande, hecha de dos piezas separadas que tienen 135 y 153 nucleótidos de largo respectivamente. «Las posibilidades de encontrarlo por casualidad son increíblemente escasas y este problema no se evita fácilmente, incluso si la ribozima se puede ensamblar a partir de piezas más cortas», dice Sutherland.
¿Nacido en el hielo?
El equipo de Holliger llevó a cabo las reacciones en agua helada. Sin embargo, dice que pudieron haber ocurrido en una variedad de ambientes en la Tierra primitiva, desde áreas heladas en tierra hasta los respiraderos hidrotermales submarinos fríos conocidos como respiraderos alcalinos. Algunos biólogos piensan que los respiraderos alcalinos son el lugar más probable para que la vida haya evolucionado.
Incluso si los biólogos finalmente crean una molécula capaz de replicarse sin ayuda, no habrá forma de demostrar que así es como comenzó la vida. Todo lo que podemos hacer es trazar el camino más plausible, dice Holliger. Tales esfuerzos también ayudarán a revelar si es fácil o difícil que surja la vida en general, y por lo tanto, qué probabilidades tenemos de encontrar vida en otros planetas.
El hecho de que la enzima t5 + 1 ensamble ARN de trinucleótidos es inquietantemente similar a la forma en que se codifica la información en ADN y ARN en la actualidad. Cada «palabra» del código genético contiene tres «letras» de nucleótidos.
Sin embargo, esto puede ser una coincidencia. Holliger dice que no hay razón para pensar que haya alguna conexión.
Referencia del estudio: eLife, DOI: 10.7554 / eLife.35255
Este artículo fue publicado originalmente en New Scientist por Michael Le Page