Antes de que hubiera vida en la Tierra, había moléculas. Una sopa primordial. En algún momento unas pocas moléculas especializadas comenzaron a replicarse. Esta auto-replicación, los científicos están de acuerdo, fue el pistoletazo de salida de un proceso bioquímico que daría lugar a los primeros organismos. Pero exactamente cómo sucedió, cómo esas moléculas comenzaron a replicarse, ha sido uno de los misterios perdurables de la ciencia.
Ahora, una investigación de la UNC Facultad de Medicina llevada a cabo por el bioquímico Charles Carter, que aparece en la edición de septiembre de Journal of Biological Chemistry, ofrece una nueva visión fascinante de cómo comenzó la vida. El trabajo de Carter se basa en experimentos de laboratorio en el que su equipo recrea antiguas enzimas proteicas que probablemente jugaron un papel vital en ayudar a crear la vida en la Tierra. La búsqueda de Carter ahonda en la teoría generalizada de que el ácido ribonucleico (ARN) se auto-replicó sin la ayuda de proteínas simples y, finalmente eso, llevó a la vida tal como la conocemos.
A principios de la década de 1980, los investigadores encontraron que las ribozimas -enzimas de ARN- actúan como catalizadores. Era la evidencia de que el ARN puede ser a la vez la huella y el catalizador químico que pone esas huellas en funcionamiento. Este hallazgo ha llevado a la hipótesis llamada “Mundo ARN”, que postula que solo el ARN provocó el aumento de la vida de un mar de moléculas.
Pero para que la hipótesis sea correcta, los catalizadores de ARN antiguos habrían tenido que copiar varios conjuntos de huellas de ARN de un modo tan preciso a como lo hacen las enzimas actuales. Eso es difícil de creer, ya que los científicos calculan que se necesitaría mucho más tiempo que la edad del universo para que las moléculas de ARN generadas aleatoriamente evolucionaran lo suficiente como para alcanzar el nivel de sofisticación moderna. Dada la edad de 4500 millones años de la Tierra, si los sistemas vivos se habrían ejecutado en su totalidad gracias al ARN, no podrían haberse reproducido y evolucionado lo bastante rápido o con la suficiente precisión como para dar lugar a la gran complejidad biológica en la Tierra que hoy vemos.
“La hipótesis del mundo ARN es muy poco probable”, dijo Carter. “LLevaría una eternidad.”
Por otra parte, no hay ninguna prueba de que estas ribozimas siquiera existían hace millones de años. Para reforzar la hipótesis del mundo de ARN, los científicos utilizan tecnología del siglo XXI para crear ribozimas que actúan como catalizadores. “Pero la mayoría de las ribozimas sintéticas, tienen poco que ver con cualquier cosa que alguien ha aislado a partir de un sistema vivo.” dice Carter
Carter, que es experto en bioquímica antigua desde hace cuatro décadas, tomó un enfoque diferente. Sus experimentos están profundamente arraigados en biología consensuda.
Nuestro código genético es traducido por dos súper-familias de enzimas modernas. El equipo de investigación de Carter creó y superpuso versiones digitales tridimensionales de las dos súper-familias para ver cómo eran alineadas sus estructuras. El equipo descubrió que todas las enzimas tienen núcleos prácticamente idénticos que se pueden extraer para producir “fósiles moleculares” que bautizaron como Urzymas - Ur significa más temprana o inicial. Las otras partes, son las variaciones que se introdujeron más tarde, mientras se desarrollaba la evolución.
Estos dos Urzymas es lo más cerca a lo que los científicos han llegado de las enzimas antiguas reales que han poblado la Tierra miles de millones de años atrás.
“Una vez que hemos identificado la parte del núcleo de la enzima, lo clonamos y expresamos”, dijo Carter. “Entonces quisimos ver si podíamos estabilizarlo y determinar si tenía alguna actividad bioquímica.” Podían y así sucedió.
Ambas Urzymas son muy buenas en la aceleración de las dos reacciones necesarias para traducir el código genético.
“Nuestros resultados sugieren la existencia de enzimas proteicas muy activas en un momento muy temprano de la generación de la vida, antes de que existieran organismos”, dijo Carter. “Y esas enzimas se parecían mucho a los Urzymas que hemos creado.”
El hallazgo también sugiere que las Urzymas evolucionaron a partir de ancestros aún más simples -proteínas pequeñas llamadas péptidos. Y con el tiempo esos péptidos co-evolucionaron con el ARN para dar lugar a formas de vida más complejas.
En este escenario de “péptido-ARN”, el ARN habría contenido las instrucciones para la vida mientras que los péptidos habrían acelerado las reacciones químicas fundamentales para llevar a cabo esas instrucciones.
“Y pensar que estas dos Urzymas podrían haber puesto en marcha la síntesis de proteínas antes de que hubiera vida en la Tierra es totalmente electrizante”, dijo Carter. “No puedo imaginar un resultado mucho más emocionante en tu trabajo si uno está interesado en el origen de la vida.”
El estudio deja abierta la cuestión de cómo exactamente los sistemas primitivos lograron replicarse; algo que ni la hipótesis del ARN, ni la teoría ARN-péptido todavía pueden explicar. Carter, sin embargo, está ampliando su investigación para incluir polimerasas -enzimas que efectivamente reúnen la molécula de ARN. Encontrar una Urzyma que sirva a ese propósito sería ayudar a responder esa pregunta.
Enlace original: New findings from UNC School of Medicine challenge assumptions about origins of life