Por Claudia Nicolini
10 Enero 2021
LO MÁS PARECIDO A LA “SOPA PRIMORDIAL”. Las lagunas volcánicas de la puna generan un hábitat muy semejante al de la Tierra primitiva.
En el principio, coinciden los científicos, en este planeta que -se estima- tiene unos 4.600 millones de años, se formó una atmósfera muy particular, con altas concentraciones de metano, vapor de agua, amoníaco e hidrógeno gaseoso. Cuando el planeta se enfrió esta combinación de factores originó una “sopa primordial” despositada en mares con gran cantidad de compuestos químicos inorgánicos disueltos en ella.
“Y esa fue la base a partir de la cual, en algún momento, surgió lo orgánico, es decir, lo vivo”, explica Virginia Albarracín, bióloga y doctora en Bioquímica, investigadora del Conicet y directora del Centro Integral de Microscopía Electrónica (Conicet/UNT)-. Esos compuestos químicos de la ‘sopa prebiótica’ los llamamos precursores y comenzaron a combinarse y a establecer interrelaciones”.
En algún momento, en algunas de esas combinaciones se produjo el salto cualitativo y surgió la vida...
“Hasta este momento se pensó que un elemento intermedio para que la vida estallara en el planeta fue la formación de uno de los dos tipos de ácidos nucleicos que hay en la naturaleza, el ácido ribonucleico (ARN); pero estudios recientes están planteando otra posibilidad”, cuenta Albarracín. Y el pivote más fuerte para esta nueva teoría está en un compuesto simple llamado diamidofosfato (DAP). Es lo que muestra un trabajo publicado por investigadores del Scripps Research Centre (del que, con humor, Albarracín firma que en los suyo “es guauuuu”), dirigidos por Ramanarayanan Krishnamurthy, a partir de una nueva y sorprendente reacción química capaz de ensamblar los componentes básicos del otro ácido fundamental: el desoxirribonucleico (ADN).
El hallazgo fue publicado en le revista Angewndte Chemie y para poder comprender su importancia necesitaremos que nos expliquen cómo funcionan los ácidos nucleicos (el ARN y el ADN) y en qué se diferencian.
“Lo que lograron fue reproducir en el laboratorios lo que -postulan- puede haber pasado hace millones de años cuando se originó la vida en ese caldo prebiótico”, explica Albarracín.
“Nuestro hallazgo -señala Krishnamurthy al ABC de España- es un importante paso hacia el desarrollo de un modelo químico detallado de cómo se originaron las primeras formas de vida en la Tierra”.
Qué es un ser vivo
“Los organismo vivos, incluso los más diminutos, son sistemas altamente organizados sobre la base de dos pilares: su capacidad de metabolismo, o sea las reacciones químicas necesarias para crecer desarrollarse, y la reproducción, que permite transmitir sus características a nuevos organismos”, describe Albarracín. Las reacciones químicas necesarias para lograr ambas funciones vienen “escritas” en un “manual de instrucciones”, que son los ácidos nucleicos. “El ARN y el ADN son polímeros con forma de cadena; los soportes que, como un libro, traen la información ordenada de una forma precisa”, destaca la experta. Pero están a su vez formados elementos más pequeños que son los eslabones de la cadena, llamados nucleótidos.
“A su vez, esos eslabones pequeñitos están formados por tres componentes: un grupo químico (fosfato), un azúcar (parecido a la glucosa) y una base nitrogenada; de estas hay cuatro tipos y, en distintas combinaciones, le dan identidad al polímero”, agrega; explica que las bases se identifican con las letras que pueden leerse cuando se ve un gráfico genético y aclara que el ARN y el ADN difieren, tanto en la forma de las cadenas como los componentes de los nucleótidos.
Hasta aquí tenemos una serie de componentes inorgánicos capaces de combinarse... ¿cómo llegamos a la vida?
“Para que un sistema sea considerado vivo tiene que tener ‘el manual de instrucciones’ de su metabolismo, pero también el que le permite autorreplicarse con la misma cantidad y tipo de instrucciones para su descendencia. Y eso está en el ADN”, agrega. Pero hay algunos organismos que están como en el límite entre la vida y no vida, que tienen ARN en lugar de ADN: es lo que ocurre con muchos virus. “En el ARN tienen la información del manual de instrucciones para transmitir su características a la descendencia, pero no tienen maquinaria metabólica. Es lo que le sucede a nuestro famoso coronavirus -explica la experta-. Por eso necesita infectar una célula que hace funcionar el metabolismo para él”
¿Cómo empezó?
“Para el origen de la vida es necesaria una estructura que se haya generado desde precursores químicos. Las teorías de cómo se origino la vida parten de la hipótesis de la sopa prebiótica original en la que los precursores químicos se fueron organizando, primero formando los nucleótidos, y después las moléculas más compleja que son los polímeros, como los ácidos nucleicos”, describe Albarracín.
Hasta ahora, la hipótesis más frecuente era la de un “mundo del ARN”, es decir, que la primera organización compleja semejante a la vida tal como la conocemos ahora estaba basada sólo en ARN, y que el ADN sólo surgió más tarde, como un producto derivado.
Pero -informa el ABC- Krishnamurthy y sus colegas llevan años poniendo en duda esa hipótesis, entre otros motivos, porque describen- sus moléculas pueden haber sido “demasiado pegajosas” como para dividirse y convertirse en las primeras con capacidad de replicación.
El ARN no es el principio
Una hebra de ARN es capaz de atraer otros nucleótidos que se adhieren a ella para formar una nueva hebra, como si esta primera se mirara en el espejo: cada nucléotido en la nueva cadena se une a su complementario en la primera hebra. Si la nueva consigue separarse de la original y, con las mismas “instrucciones” , empezar a crear plantillas de hebras nuevas, habrá logrado la hazaña: la autorreplicación que subyace a la vida.
Pero ahí -precisamente- aparece el problema con la habilidad del “pegote”: las hebras de ARN son muy buenas para crear nuevas hebras, pero no tanto para separarse de ellas, es decir, para replicarse.
“En la actualidad, los organismos producen enzimas que pueden estimular esa separación -explica Albarracín-; pero no queda claro que esto haya sido posible hace 4.000 millones de años, cuando las enzimas no existían”.
Una combinación
En cambio, Krishnamurthy y sus colegas ya habían demostrado en el laboratorio que otro tipo de hebras, hechas en parte de ARN y en parte de ADN, en un simulacro de “sopa prebiótica” con precursores químicos encontraron una solución: lograron fibras mixtas que son capaces de fabricar hebras “menos pegajosas” y que, por lo tanto, se separarían con mayor facilidad. Y demostraron, asimismo, que este proceso, que no requiere enzimas, era posible hace 4.000 millones de años, dado que los bloques de construcción de ARN y ADN pueden haber surgido al mismo tiempo, y en condiciones químicas muy similares, en la Tierra primitiva.
Y es aquí donde la molécula que nombramos al principio, el diamidofosfato (DAP), se mete en el juego: el equipo de Krishnamurthy había descubierto en la simulación de ‘sopa prebiótica’ la capacidad de DAP para modificar los primeros “ladrillos” (nucleótidos) del ARN de manera que se unan para formar las primeras hebras. Y el nuevo estudio muestra que DAP puede hacer lo mismo, en condiciones similares, con los nucleótidos del ADN.
¿Y por qué importa?
“En primer lugar, porque permite refutar una hipótesis que estaba generalizada sobre cómo empezó la vida en el planeta -destaca Albarracín-. Ahora queda claro que el desarrollo de ADN no es un segundo paso en la evolución, y que la fibra híbrida fue la base de las primeras formas de vida”.
Pero además, saber que es posible “construir” ARN y ADN sólo a partir de precursor químicos inorgánicos abre las puertas a desarrollos biotecnológicos sin depender de sistemas vivos.
“Por ejemplo -agrega Albarracín-; algunas de las vacunas contra el SARS-Cov-2 están producidas a partir del ARN viral. Para ello hay que cultivarlo y lograr que se reproduzca en el laboratorio, y se depende de enzimas, que son frágiles. Entonces, obtener los millones y millones de dosis de vacunas necesarias implica un proceso largo y costoso”. “Si se logra sintetizar (o sea, construirlo desde los “ladrillos”) el ARN todo el proceso será más sencillo y mas barato”, resalta.
Ya hubo algunos avances al respecto. “Se ha logrado armar oligómeros, que son cadenas cortas de nucleótidos, pero este hallazgo significaría poder sintetizar polímeros. Pensemos que el coronavirus tiene 30.000 pares de bases; una bacteria, 3 millones... Este trabajo muestra cómo sería posible, sin necesidad de cultivar sistemas vivos y sin necesitar enzimas, ‘fabricar’ por ejemplo, una bacteria capaz de degradar plásticos, que serviría para descontaminar... Es una de incontables aplicaciones posibles”, agrega Albarracín.
Krishnamurthy, el responsable del hallazgo, lo sintetiza así: “ahora que entendemos mejor cómo la química primordial pudo producir los primeros ARN y ADN, podemos iniciar mezclas de sus componentes básicos para ver qué moléculas se forman y si pueden autorreplicarse y evolucionar, sin necesidad de enzimas... como en el origen. Los métodos químicos libres de enzimas serían mucho más robustos a la hora de producir ADN y ARN”.
Lo más popular
