¿Qué dio estabilidad a las primeras moléculas?
Nuevos conocimientos sobre el origen de la vida
Los orígenes de la vida siguen siendo un gran misterio. ¿Cómo pudieron formarse moléculas complejas y permanecer intactas durante periodos prolongados sin desintegrarse? Un equipo de ORIGINS, un clúster de excelencia con sede en Múnich, ha demostrado un mecanismo que podría haber permitido a las primeras moléculas de ARN estabilizarse en la sopa primigenia. Cuando dos cadenas de ARN se combinan, su estabilidad y vida útil aumentan considerablemente.
Con toda probabilidad, la vida en la Tierra comenzó en el agua, tal vez en una piscina de marea que estaba aislada del agua del mar durante la marea baja, pero inundada por las olas durante la marea alta. A lo largo de miles de millones de años, se formaron moléculas complejas como el ADN, el ARN y las proteínas antes de que aparecieran las primeras células. Hasta la fecha, sin embargo, nadie ha sido capaz de explicar exactamente cómo sucedió.
"Sabemos qué moléculas existían en la Tierra primitiva", afirma Job Boekhoven, catedrático de Química Supramolecular de la Universidad Técnica de Múnich (TUM). "La pregunta es: ¿podemos utilizar esto para reproducir los orígenes de la vida en el laboratorio?". El equipo dirigido por Boekhoven en el Clúster de Excelencia ORIGINS está interesado principalmente en el ARN. "El ARN es una molécula fascinante", afirma Boekhoven. "Puede almacenar información y también catalizar reacciones bioquímicas". Por ello, los científicos creen que el ARN debió de ser la primera de todas las moléculas complejas en formarse.
El problema, sin embargo, es que las moléculas activas de ARN están compuestas por cientos o incluso miles de bases y son muy inestables. Cuando se sumergen en agua, las cadenas de ARN se descomponen rápidamente en sus partes constituyentes, un proceso conocido como hidrólisis. Entonces, ¿cómo pudo sobrevivir el ARN en la sopa primigenia?
¿Cómo se formó la doble cadena en la sopa primigenia?
En las pruebas de laboratorio, los investigadores de la TUM y la LMU utilizaron un sistema modelo de bases de ARN que se unen más fácilmente que las bases naturales de nuestras células actuales. "No disponíamos de millones de años y queríamos una respuesta rápida", explica Boekhoven. El equipo añadió estas bases de ARN de unión rápida a una solución acuosa, les proporcionó una fuente de energía y examinó la longitud de las moléculas de ARN que se formaban. Sus conclusiones fueron aleccionadoras, ya que las cadenas resultantes de hasta cinco pares de bases sólo sobrevivieron unos minutos.
Sin embargo, los resultados fueron diferentes cuando los investigadores empezaron añadiendo hebras cortas de ARN preformado. Las bases complementarias libres se unieron rápidamente a este ARN en un proceso denominado hibridación. Se formaron cadenas dobles de tres a cinco pares de bases de longitud que permanecieron estables durante varias horas. "Lo interesante es que las dobles cadenas conducen al plegamiento del ARN, lo que puede hacer que el ARN sea catalíticamente activo", explica Boekhoven. Por tanto, el ARN bicatenario tiene dos ventajas: tiene una vida útil más larga en la sopa primigenia y sirve de base para el ARN catalíticamente activo.
Pero, ¿cómo pudo formarse una doble cadena en la sopa primigenia? "Actualmente estamos estudiando si es posible que los ARN formen su propia cadena complementaria", explica Boekhoven. Es concebible que una molécula de tres bases se una a otra molécula de tres bases complementarias, lo que daría lugar a una doble cadena estable. Gracias a su prolongada vida útil, otras bases podrían unirse a ella y la cadena crecería.
Ventaja evolutiva para las protocélulas
Otra característica del ARN bicatenario podría haber contribuido al origen de la vida. En primer lugar, es importante señalar que las moléculas de ARN también pueden formar protocélulas. Se trata de gotitas diminutas con un interior totalmente separado del mundo exterior. Sin embargo, estas protocélulas no tienen una membrana celular estable, por lo que se fusionan fácilmente con otras protocélulas, lo que provoca que su contenido se mezcle. Esto no favorece la evolución porque impide que las protocélulas individuales desarrollen una identidad única. Sin embargo, si los bordes de estas protocélulas están compuestos por ADN de doble cadena, las células se vuelven más estables y se inhibe la fusión.
Conclusiones aplicables también a la medicina
En el futuro, Job Boekhoven espera seguir mejorando la comprensión de la formación y estabilización de las primeras moléculas de ARN. "Algunas personas consideran esta investigación como una especie de pasatiempo. Sin embargo, durante la pandemia de Covid-19, todo el mundo vio lo importantes que pueden ser las moléculas de ARN, incluso para las vacunas", dice Boekhoven. "Así que, aunque nuestra investigación se esfuerza por responder a una de las preguntas más antiguas de la ciencia, eso no es todo: también estamos generando conocimientos sobre el ARN que podrían beneficiar a muchas personas hoy en día".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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