Químicos del Instituto Scripps Research, un centro de investigación médico en California (EE UU), han hecho un descubrimiento que respalda una nueva y sorprendente visión de cómo se originó la vida en nuestro planeta.
En un estudio publicado en la revista de química Angewandte Chemie, los científicos demostraron que un compuesto simple llamado diamidofosfato (DAP), que estaba plausiblemente presente en la Tierra antes de que surgiera la vida, podría haber entretejido químicamente pequeños bloques de construcción de ADN llamados desoxinucleósidos en hebras de ADN primordial.
El hallazgo es el último de una serie de descubrimientos en los últimos años, que apuntan a la posibilidad de que el ADN y su primo químico cercano, el ARN, surgieran juntos como productos de reacciones químicas similares, y que las primeras moléculas autorreplicantes –las primeras formas de vida en la Tierra– eran mezclas de las dos
El descubrimiento también puede conducir a nuevas aplicaciones prácticas en química y biología, pero su principal importancia es que aborda la antigua pregunta de cómo surgió la vida en la Tierra. En particular, allana el camino para estudios más extensos sobre cómo las mezclas de ADN-ARN autorreplicantes podrían haber evolucionado y extenderse en la Tierra primordial y finalmente sembrar la biología más madura de los organismos modernos.
“Este hallazgo es un paso importante hacia el desarrollo de un modelo químico detallado de cómo se originaron las primeras formas de vida en la Tierra”, señaló en un comunicado el autor principal del estudio, Ramanarayanan Krishnamurthy, profesor asociado de química en Scripps Research.
Moléculas demasiado “pegajosas”
El hallazgo también aleja al campo de la química del origen de la vida de la hipótesis que lo ha dominado en las últimas décadas: la hipótesis del “mundo del ARN” postula que los primeros replicadores estaban basados en ARN y que el ADN surgió solo más tarde como un producto de formas de vida de ARN.
Krishnamurthy y otros han dudado de la hipótesis del mundo del ARN en parte porque las moléculas de ARN pueden haber sido simplemente demasiado “pegajosas” para servir como las primeras auto-replicadoras.
Una hebra de ARN puede atraer otros bloques de construcción de ARN individuales, que se adhieren a ella para formar una especie de hebra de imagen especular: cada uno de los componentes de la nueva hebra se une a su bloque de construcción complementario en la hebra “plantilla” original. Si la nueva hebra puede desprenderse de la hebra de plantilla y, mediante el mismo proceso, comenzar a crear plantillas de otras hebras nuevas, entonces ha logrado la hazaña de la autorreplicación que subyace a la vida.
Pero mientras que las cadenas de ARN pueden ser buenas para crear plantillas de cadenas complementarias, no son tan buenas para separarse de estas cadenas. Los organismos modernos producen enzimas que pueden obligar a las hebras hermanadas de ARN (o ADN) a ir por caminos separados, permitiendo así la replicación, pero no está claro cómo se pudo haber hecho esto en un mundo donde las enzimas aún no existían.
Un ‘mix’ de ARN y ADN
Krishnamurthy y sus colegas han demostrado en estudios recientes que las hebras moleculares “quiméricas” que son parte de ADN y parte de ARN pueden haber podido solucionar este problema, porque pueden moldear las hebras complementarias de una manera menos pegajosa que les permite separarse con relativa facilidad.
Los químicos también han demostrado en artículos ampliamente citados en los últimos años que los bloques de construcción de ribonucleósidos y desoxinucleósidos simples, de ARN y ADN respectivamente, podrían haber surgido en condiciones químicas muy similares en la Tierra primitiva.
Además, en 2017 informaron de que el compuesto orgánico DAP podría haber desempeñado el papel crucial de modificar los ribonucleósidos y unirlos en las primeras hebras de ARN. El nuevo estudio muestra que DAP en condiciones similares podría haber hecho lo mismo con el ADN.
Aplicaciones prácticas
“Descubrimos, para nuestra sorpresa, que usar DAP para reaccionar con desoxinucleósidos funciona mejor cuando los desoxinucleósidos no son todos iguales, sino que son mezclas de diferentes ‘letras’ de ADN, como A y T, o G y C, como el ADN real”, afirma el primer autor Eddy Jiménez, investigador asociado postdoctoral en el laboratorio de Krishnamurthy.
“Ahora que entendemos mejor cómo una química primordial pudo haber producido los primeros ARN y ADN, podemos comenzar a usarlo en mezclas de componentes básicos de ribonucleósidos y desoxinucleósidos para ver qué moléculas quiméricas se forman y si pueden autorreplicarse y evolucionar”, dice Krishnamurthy.
El científico señala que el trabajo también puede tener amplias aplicaciones prácticas. La síntesis artificial de ADN y ARN, por ejemplo en la técnica PCR que subyace a las pruebas COVID-19, representa un vasto negocio global, pero depende de enzimas que son relativamente frágiles y, por lo tanto, tienen muchas limitaciones. Los métodos químicos robustos y libres de enzimas para producir ADN y ARN pueden terminar siendo más atractivos en muchos contextos, dice Krishnamurthy.
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