NeoFronteras

Un equipo de científicos de Scripps Research en la Jolla (California) ha conseguido crear un análogo de DNA que es capaz de crear hebras complementarias de material genético sin la intervención de enzimas. El compuesto usa componentes químicos cuya presencia sería razonable esperar en la sopa primordial. Esto podría ayudar a entender cómo surgió la vida en la Tierra.

No es fácil saber cómo surgió la vida en la Tierra, casi cualquier prueba física que pudo en algún momento haber habrá desaparecido con el paso del tiempo, víctima de la tectónica, la erosión y la entropía. Lo que tenemos ahora seguro que es algo mucho más complejo que las primitivas moléculas que empezaron a replicarse por primera vez hace miles de millones de años.
El DNA y el RNA actuales, portadores de la información genética, necesitan de enzimas para poder autorreplicarse. Esperar que surgieran las moléculas portadoras de información y a la vez las enzimas que las replicasen es pedir mucho, pues esto representaría ya demasiada complejidad incial como para que se diera espontáneamente. Por eso hace años se sugirió que las primeras moléculas autorreplicadoras podrían ser moléculas de RNA, ya que éstas tienen cierta capacidad de enzimática.
Reza Ghadiri y sus colaboradores se plantearon que quizás hubo otras moléculas que precedieron al RNA y que fueran todavía más simples. Se centraron en los amioácidos y en su potencial papel primordial. En 1996 mostraron por primera vez que ciertos pépticos podían autorreplicarse sin la presencia de enzimas. Ahora han extendido esta idea mediante la creación de otro prototipo de sistema de almacenamiento químico de información capaz de soportar cierta evolución darwiniana.
Tanto el DNA como el RNA tienen una “columna vertebral” hecha fosfatos y azúcares a la que se unen las bases nitrogenadas (adenina, timina, guanina y citosina para el DNA). Una vez estos bloques se unen lo hacen de manera estable y se necesita una enzima para separarlos. Mucho del trabajo realizado con anterioridad con análogos al DNA se centraron en bases nucleicas ya ancladas a otras unidades moleculares que finalmente vertebraran el resultado. La idea de estos investigadores fue trabajar con bloques constructivos más simples. Si estos bloques eran capaces de mantener enlaces débiles entre sí lo suficientemente reversibles se podría evitar la necesidad de enzimas a la vez que se conservase la capacidad de codificar información.
El sistema que han obtenido tiene dos componentes básicos. La unidad “vertebral” es un dipéptido (dos aminoácidos juntos) en el que el aminoácido cisteina está expuesto y disponible a reaccionar. Esta unidad cumpliría la función de los fosfatos y azúcares tradicionales del DNA. Estos péptidos interaccionan con las mismas bases nitrogenadas del DNA, pero ahora cada base está unida a un compuesto orgánico de tipo tioéster.
Los enlaces entre el tioéster (que está unido a la base) y la cisteina (que pertenece al péptido) son reversibles y además pueden formar un ácido nucleico de péptido tioéster (tPNA en sus siglas en inglés). Esto permite que las bases se unan y desunan entre sí fácilmente sin necesidad de la intervención de enzimas. De este modo una secuencia compuesta por estas moléculas puede dar lugar a una hebra que permita almacenar información.
Si una hebra desparejada de DNA es añadida a modo de plantilla a una disolución de unidades de tPNA, entonces las nuevas moléculas se unirán a esta hebra de la misma manera, según la genética tradicional, a cómo lo harían los bloques constitutivos clásicos del DNA, complementando a las bases presentes en la hebra. De este modo se va formando una hebra complementaria de tPNA sobre la hebra de DNA sin la mediación de enzimas.
Para revertir el proceso basta con añadir una mezcla de hebras de DNA complementario que compitan con el tPNA. El emparejamiento DNA-DNA permanece estable, provocando que los componentes del tPNA reanuden su “barajado” inestable hasta que se añaden nuevas hebras de DNA plantilla y el proceso comienza de nuevo.
Estos investigadores han mostrado además que una hebra de tPNA puede actuar también como plantilla, provocando que tPNA complementario se forme a lo largo de ella. La meta, no lograda aún, es conseguir una autorreplicación de tPNA.
Esto representa un sistema imaginativo de pareado de bases nitrogenadas que es completamente diferente al que se da en la Naturaleza actualmente, aunque todavía le queda mucho como para mostrar cómo las moléculas complejas de DNA o RNA pudieron haberse formado de manera espontánea a partir de compuestos químicos simples.
Todos los constituyentes del tPNA podrían haberse encontrado en la sopa primordial presente en la Tierra antes de que apareciera la vida. Aunque es tentador pensar acerca de la posibilidad de que péptidos y ácidos nucleicos consiguieran hacer evolucionar un sistema genético en esa época, o que péptidos y ácidos nucleicos coevolucionaran, la estabilidad del tPNA es tan mala que técnicamente no puede transmitir información a lo largo de sucesivas generaciones, algo que el DNA real sí puede hacer y que constituye la base de la vida.
El grupo trabaja en métodos que estabilicen el tPNA que eviten el anterior problema. El truco consistiría en una manera selectiva de bloquear las secuencias una vez que se formen. También trabajan sobre su estructura, que podría ser similar a la doble hélice del DNA.
Según Ghadiri este tipo de moléculas, además de ayudar en ciencia básica y tratar de aclarar el origen de la vida, podrían servir para la creación de nuevos sistemas químicos y enzimáticos útiles para la industria y la medicina. Especula con materiales plásticos hechos de moléculas similares a estos tPNA que puedan autorrepararse al fracturarse o materiales que se remodelen en respuesta a cambios en el ambiente.

Fuentes y referencias:


Foto cabecera: Science / AAAS.