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El inicio de la vida. Desarrollan ARN que se autorreplica indefinidamente.

La pregunta acerca del inicio de la vida en la tierra, es una de esas complejas. Hay muchas teorías y también mucha habladuría. La existencia de moléculas que pudieran hacer copias de sí mismas (autorreplicación) es fundamental para entender el largo proceso de la herencia hasta nuestros días. Recientes descubrimientos podrían explicar una parte importante de este proceso bioquímico.

En un artículo publicado en Science, científicos de La Jolla, California, informan que han logrado sintetizar por primera vez enzimas de ARN que pueden autorreplicarse sin necesidad de ninguna otra proteína u otro componente celular, y además el proceso se desarrolla indefinidamente en el tiempo.

Actualmente el ADN es el responsable de contener la secuencia genética de los llamados organismos evolucionados, mientras que el ARN depende del ADN para cumplir sus funciones, tales como la construcción de proteínas. La teoría llamada “Modelo del mundo de ARN” postula que ya que el ARN puede actuar como gen o como enzima, el ARN ha aparecido antes que el ADN y las proteínas y es la molécula ancestral de la vida. Sin embargo el proceso de copiar una molécula genética, que es considerado un requisito fundamental para la vida, se observa como un fenómeno extremadamente complejo, que involucra muchas proteínas y componentes celulares.

Durante años, algunos investigadores se preguntaban si existe una forma más simple de que moléculas de ARN generen copias de si mismas. Algunos resultados apuntaban en esta dirección, pero nadie había podido demostrar que el ARN replicado era a su vez capaz de replicarse.

Evolución In Vitro

El trabajo de estos investigadores en California, comenzó con un método de adaptación forzada conocido como ‘Evolución In Vitro’. El objetivo era tomar una las enzimas de ARN desarrolladas en el laboratorio que lograban realizar una replicación básica y mejorarla hasta el punto que realizara autorreplicaciones perpetuas eficientes.

Sintetizaron en el laboratorio una gran variedad de enzimas de ARN que podían realizar esa tarea y llevaron a cabo un procedimiento de selección en tubo, para obtener aquellas variantes que fueran más aptas para unir trozos de ARN.

Finalmente, este proceso permitió al equipo aislar una versión evolucionada de la enzima original que es un replicador muy eficiente.

Inmortalizando la información molecular

El sistema de replicación en rigor implica dos enzimas, cada una compuesta de dos subunidades que complementa la función catalítica de la otra. El proceso de replicación es cíclico, del tipo de replicación cruzada, es decir, que la primer enzima junta las dos subunidades que componen la segunda enzima y las pega haciendo una nueva copia de la segunda enzima, a su vez la segunda enzima junta y pega las dos subunidades de la primera enzima. Para que el proceso suceda indefinidamente solamente se requieren una pequeña cantidad de las dos enzimas y un aporte continuo de subunidades. “Este es el único caso fuera de la biología en que información molecular ha sido inmortalizada” dice Joyce, Decano de la Facultad y director del proyecto.

En este punto se abrieron muchas oportunidades para trabajar con las enzimas obtenidas. En uno de los ensayos mezclaron 12 parejas de replicadores cruzados con todas sus subunidades, y los dejaron competir en un ‘test molecular de supervivencia del más adaptado (fittest)’. En la mayor parte de las ocasiones las enzimas se replicarían correctamente, pero a veces una enzima cometería un error uniendo subunidades de distintas parejas. Cuando estas ‘mutaciones’ ocurrían, las enzimas recombinadas resultantes también eran capaces de autorreplicarse indefinidamente, observándose un crecimiento en número de los replicadores de mayor adaptabilidad (fitness).

La investigación muestra que el sistema puede mantener información molecular, una forma de heredabilidad y dar lugar a variaciones de sí mismo en una forma similar a la evolución darwiniana. Por lo tanto, dice Lincoln, estudiante de doctorado del grupo, “Lo que tenemos no está vivo, pero hemos podido demostrar que comparte algunas  propiedades con los sistemas vivos, y eso es extremadamente interesante”.

El grupo busca ahora posibles aplicaciones de su descubrimiento en diagnósticos moleculares, pero el principal valor del trabajo, según Joyce, está al nivel de investigación básica. “Lo que hemos descubierto podría ser relevante para entender cómo comenzó la vida, en el preciso instante en que se puso en marcha la evolución darwiniana.” Pero señala que a pesar de que los sistemas de autorreplicación de enzimas de ARN comparten ciertas características con los sistemas vivos, no son ellos mismos una forma de vida.