Identifican candidatos a antecesores del ARN en el origen de la vida

Publicado 17/09/2018 12:37:52CET
NASA/JENNY MOTTAR.

   MADRID, 17 Sep. (EUROPA PRESS) -

   Investigadores de Georgia Tech pueden haber avanzado en determinar el origen de la vida mediante la identificación de tres moléculas que forman una estructura molecular con características del ARN moderno.

   El ARN (o ácido ribonucleico) lleva a cabo las instrucciones codificadas en el ADN, pero también se cree que se desarrolló antes que el ADN. Muchos científicos creen que los ácidos nucleicos, la 'NA' del 'ARN', desempeñaron un papel clave en el origen de la vida.

   Una teoría popular llamada 'Mundo ARN' sostiene que el ARN "inventó" proteínas y eventualmente ADN, pero eso plantea la pregunta: ¿de dónde vino el ARN? Algunos creen que un proceso químico o biológico evolucionó gradualmente a una molécula anterior en ARN, mientras que otros lo atribuyen a algún tipo de reacción geoquímica no enzimática. Es un debate sobre la gallina o el huevo: ¿qué proceso biológico podría producir un bloque de construcción central para la vida misma? Si el proceso no fue biológico, ¿qué fue y cómo sucedió?

   El nuevo estudio continúa en la tradición del experimento Miller-Urey de 1953, en el que dos científicos modelaron las condiciones tempranas de la Tierra con una mezcla de gases y una corriente eléctrica para simular un rayo. Ese experimento produjo aminoácidos, lo que apoya la idea de que las moléculas biológicas pueden surgir espontáneamente de las no biológicas en las circunstancias adecuadas. A pesar de ese hallazgo, el desafío de concebir un escenario en el que las reacciones no biológicas crean ARN ha demostrado hasta ahora ser insuperable.

   Uno de los autores del estudio, el bioquímico Dr. Nicholas Hud, señala que los muchos criterios de formación de ARN a menudo significan que cuando los investigadores proponen una solución a un problema, surge un problema diferente (o dos). Los enlaces de la cadena de ARN, que se llaman nucleótidos, se componen de cuatro bases: adenina (A), citosina (C), guanina (G) y uracilo (U), así como un fosfato y un azúcar de ribosa.

   Leslie Orgel, quien fue una de las pioneras de la idea del 'Mundo ARN', describió la posibilidad de que el ARN evolucionase de una molécula anterior fuera una "perspectiva sombría", ya que dificultaría la resolución del origen del RNA. Los investigadores decidieron que era hora de enfrentar ese desafío.

   Un nuevo análisis en 2008 del experimento Miller-Urey revela la producción de muchas más moléculas no biológicas de lo que se pensaba, lo que respalda la hipótesis de los autores de que las moléculas necesarias para la vida existieron en la Tierra prebiótica, pero debido a que no juegan un papel principal en la vida tal como lo conocemos ahora, no hemos descubierto qué moléculas o los roles desempeñaron hace miles de millones de años.

   Según Hud, esas moléculas fueron "probablemente muy especiales porque las moléculas que conocemos no se comportan de manera que indiquen que pueden comenzar su vida". Esas moléculas también pueden contener respuestas a otras preguntas sobre los orígenes de la vida.

   La evolución al ARN de una molécula genética anterior, o proto-ARN, habría sido incremental, y cada nueva iteración habría sido compatible con versiones anteriores, "al igual que una computadora actualizada todavía tiene que ser capaz de leer archivos de computadoras más antiguas", declaró Hud a la revista Astrobiology.

   En la actualidad, el ARN y el ADN utilizan pares de bases unidos a hidrógeno para transferir información. Por lo tanto, las moléculas que no forman pares de bases iguales o similares no habrían funcionado, lo que llevó a los investigadores a buscar "moléculas de emparejamiento de bases que se auto-seleccionen o se segreguen en la Tierra primitiva en algún tipo de estructura que los ayudaría a ser incorporados en el proto-ARN", dice Hud.

   ¿Cuáles fueron esas moléculas primordiales que formaron el antecesor del ARN? Para determinar esto, los investigadores estudiaron las reacciones en condiciones que imitaban los ciclos de lluvia y evaporación en la Tierra primitiva. Después de muchos experimentos infructuosos, identificaron tres candidatos moleculares para las bases del proto-ARN: ácido barbitúrico, melamina y 2, 4, 6-triaminopirimidina. Las reacciones con estas moléculas y el azúcar ribosa producen nucleósidos, que son moléculas compuestas que están cerca de las subunidades del ARN.

   Mientras que los intentos previos de unir las bases actuales de ARN con ribosa en las primeras reacciones de la Tierra que se modelaron fallaron o produjeron nucleósidos en rendimientos muy bajos, los investigadores midieron un rendimiento de nucleósido del 82% con ácido barbitúrico. Además, la melamina y las moléculas de triaminopiridina formaron espontáneamente nucleósidos en más del 50% de los rendimientos.

   "Las moléculas que hemos identificado parecen podrían haber funcionado en un sistema genético temprano", dice Hud a Astrobiology Magazine. "Pero queremos que las moléculas se acerquen lo suficiente para que puedas imaginar un camino evolutivo en el que cambien a lo que tenemos hoy". Si bien la verosimilitud demostrable representa un paso adelante, queda la pregunta de si es posible encontrar, y luego confirmar, el proto-ARN original moléculas.

   Hud reconoce que si bien la búsqueda puede parecer desalentadora, "la química es enorme, pero no infinita. Si aceptamos algunas suposiciones razonables sobre el ancestro del ARN, podemos descartar muchas posibilidades. Y tal vez podamos encontrarlo ". Este estudio representa un paso importante en ese camino.

   Comprender cómo surge la vida podría ayudar a los científicos a determinar dónde y cómo buscar vida en otro lugar. Los aminoácidos y compuestos químicos como el cianuro de hidrógeno, que se ha detectado en los cometas, podrían dar lugar a bases de ARN, según Hud. Tal reacción sería "robusta, no extraña o extraordinaria", dice. Procesos similares podrían estar en marcha en otros planetas y podrían apuntar a la química que los científicos deberían buscar cuando buscan las etapas más tempranas de la vida en otro lugar.

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