NeoFronteras

Un grupo de científicos consigue crear vesículas capaces de tomar nucleóticos del ambiente, hacerlos pasar a través de su membrana fácilmente y replicar el ADN de su interior sin mediación enzimática.

Modelo de protocélula con membrana de ácidos grasos y hebras de ADN en su interior. Foto: Janet Iwasa, Szostak Laboratory, Harvard Medical School y Massachusetts General Hospital.

A pesar del tiempo transcurrido no se ha avanzado mucho desde los experimentos de Urey y Miller sobre el origen de la vida. Una cosa es la síntesis de los bloques constituyentes de las moléculas orgánicas complejas y otra la creación de las células a partir de esas moléculas complejas. Lo primero se ha demostrado que es fácil, sobre lo segundo no se sabe muy bien cómo pudo ocurrir.
Ahora se ha dado un paso más en la comprensión de cómo pudieron surgir las primeras células primitivas gracias a un equipo de investigadores de la Universidad de Harvard. Éstos han conseguido crear un modelo físico de célula primitiva o protocélula capaz de contener, construir y copiar ADN.
Como no hay pruebas físicas en el registro fósil de cómo fue la primera célula que apareció sobre la Tierra, o de cómo crecía y se reproducía, el proyecto de investigación de este grupo de científicos se centró en crear un modelo sintético de una posible protocélula primordial. De este modo pretendía saber cómo esas primeras células o protocélulas podrían haber interaccionado con el ambiente de hace 3500 millones de años.
La protocélula que han sintetizado tiene una membrana de ácidos grasos que permite a los compuestos químicos, incluso los bloques constituyentes del ADN, entrar en su interior sin la necesidad de que les asistan las proteínas que sí están presentes en las membranas de las altamente evolucionadas células actuales. Estas proteínas hacen las veces de canales y bombas de transporte de material, además de cumplir otras funciones.
Resolver este problema del transporte de materia a través de la membrana es una contribución importante en este campo. Además, a diferencia de las células modernas la protocélula de estos investigadores tampoco usa enzimas para copiar el ADN de su interior.
Algunos científicos han propuesto que la química prebiótica se podría haber dado en las chimeneas hidrotermales de hace miles de millones de años, habiéndose dado el origen de la vida precisamente allí. En esos lugares se formarían ácidos grasos, aminoácidos y otros compuestos usados por la vida en la Tierra.
Los ácidos grasos presentes en un ambiente acuoso se ensamblan espontáneamente gracias a que tienen un extremo hidrófilo (que se ve atraído por el agua) y un extremo hidrófobo (repelido por el agua), y pudiendo llegar a formar pequeñas esferas denominadas micelos.
Dependiendo de su concentración y del pH ambiental los micelos pueden convertirse en membranas cerradas de varias capas denominadas vesículas. Los investigadores en general han usado durante años las vesículas como modelos de membranas de protocélulas.
Cuando este equipo empezó con su trabajo no sabían cuántos bloques constitutivos necesarios para la replicación del material genético de la protocélula podían entrar a través de la membrana de las vesículas. Pudieron demostrar no solamente que esto pasa, sino que además pasa eficientemente. Este resultado sitúa a estos investigadores más cerca de su meta de crear la primera protocélula funcional que en el ambiente adecuado sea capaz de crecer y dividirse.
Recordemos que las propiedades de estas membranas son diferentes de las propiedades de las membranas de las células modernas, que usan proteínas para hacer pasar compuestos a través de la misma.
Según sus resultados las células primitivas podrían haber absorbido los nutrientes (en este caso bloques constitutivos de la sopa primordial) del ambiente, en lugar de manufacturar o sintetizar estos materiales internamente por carecer de complejos sistemas bioquímicos.
Analizando las vesículas los investigadores identificaron qué ácidos grasos en particular permitían mejor o peor el paso de nutrientes haciendo más o menos permeable la membrana.
Encontraron que mientras las moléculas grandes de ADN o ARN no pasaban a través de la membrana, las moléculas pequeñas como las de los azúcares simples y nucleótidos (ambos constituyentes del ADN y ARN) lo hacían fácilmente. Este punto es importante, ya que nos dice que el material simple puede entrar y el complejo no puede salir de la vesícula. Si el material que entra forma moléculas complejas en su interior como las de ADN, entonces las vesículas se enriquecen con material complejo al cabo de un tiempo.
Los investigadores vieron que usando nucleótidos activados se podían copiar hebras de ADN sin necesidad de que estuviera presente la enzima polimerasa, que normalmente es necesaria para la replicación. Así que introdujeron ADN en el interior de unas vesículas y añadieron nucleótidos activados a su ambiente exterior. Al cabo de un tiempo pudieron comprobar que los nucleótidos pasaban al interior y formaban ADN nuevo. Se supone que algo así podría haber sucedido al comienzo de la vida sobre la Tierra.

Fuentes y referencias:
Noticia en NSF.
Artículo original (resumen).