ARN enzimático autorreplicante

Logran sintetizar ARN autocatalítico capaz de autoreplicarse sin necesidad de enzimas de manera indefinida.

Una vez se admite que hay vida, la evolución y el registro fósil permiten explicar la variedad de organismos que pueblan y poblaron la Tierra. Pero lo difícil es explicar cómo surgió la propia vida. Se cree que el paso crucial fue la aparición de moléculas con capacidad de replicarse a sí mismas. En la actualidad esta función la cumple el ADN que guarda la información genética y se replica para así perpetuarla en el tiempo. Sin embargo, para poder hacer esta replicación el ADN necesita de enzimas, es decir, proteínas que actúan como catalizadores biológicos que se conservan en el proceso, pero que facilitan la reacción química que constituye la propia replicación.

Se ha hipotetizado que en el origen de la vida eran moléculas de ARN las que portaban la información genética y que además se replicaban a sí mismas en un proceso de autocatálisis. La observación de ciertas capacidades catalíticas de algunas moléculas de ARN así lo hacían sospechar.

Para poder crear proteínas, incluyendo las enzimas, se debe de leer la información genética que las codifica en el ácido nucleico correspondiente, pero para eso debe de haber enzimas que permitan su replicación. Esto no supone un problema en la actualidad, sobre todo cuando además se cuenta con toda una maquinaria celular, pero sí sería un problema hacerlo cuando se originó la vida por primera vez. Si el ARN primordial fuera capaz de replicarse a sí mismo sin necesidad de enzimas (al poseer él mismo propiedades autocatalizadoras) la paradoja no existiría. El ARN funcionaría como enzima (ARN enzimático) y el “mundo primordial del ARN” sería posible.
Ahora unos científicos del Scripps Research Institute han logrado sintetizar ARN autocatalítico que es capaz de autorreplicarse sin necesidad de enzimas y de hacerlo de manera indefinida.

Estos científicos comenzaron hace años a trabajar sobre este tema. Para alcanzar esta meta se valieron de un método para forzar la adaptación de las moléculas conocido como evolución in vitro. Partieron de ARN enzimático que ya había demostrado en el laboratorio cierta capacidad básica de replicación. La idea era mejorar esta replicación hasta que fuera tan eficiente como para mantener una autorreplicación perpetua. Se partió de una gran población de moléculas de ARN enzimático diferentes que se probaban en tubos de ensayo para seleccionar aquellas variantes que mejor cumplían la función.Al final consiguieron aislar una versión de ARN muy eficiente en la replicación y que mantenía esta replicación de modo perpetuo siempre que hubiera componentes básicos presentes.

El sistema necesita de dos ARN enzimáticos, cada una con dos subunidades que funcionan catalizando el ensamblaje de la otra. El proceso de replicado es cíclico, en la que la primera “enzima” une las dos subunidades que forman la segunda “enzima” para crear una nueva copia de esta segunda “enzima”. Asimismo esta segunda “enzima” hace lo mismo sobre la primera. Para iniciar el proceso se necesita una pequeña cantidad de estos ARN enzimáticos y para mantenerlo un aporte continuo de subunidades.

Este sería el primer caso conocido fuera de la Biología en el que la información molecular ha sido inmortalizada, según Gerald Joyce.

Estos investigadores consiguieron crear toda una variedad de pares de ARN enzimáticos capaces de hacer esto mismo. Mezclaron 12 de estos pares y dejaron que compitieran entre sí para que así sobreviviera el mejor. Algunas veces estos ARN enzimáticos cometían errores en el ensamblaje y estas “mutaciones” a veces permitían una mejor replicación. Si así sucedía la población descendiente se incrementaba sobre las demás hasta que dominaban la mezcla.

De una forma muy elemental este sistema puede mantener una información molecular que se hereda, produciendo variaciones que permiten una evolución darwiniana. El sistema no esta vivo, pero exhibe algunas propiedades o características de los sistemas vivos.

Cada subunidad de estas enzimas contiene varios nucleótidos por lo que son demasiado complejas como para que estuvieran flotando en la sopa primordial. Pero el resultado indica que aunque los bloques constituyentes debían de ser más simples en aquel entonces, una vida primordial basada en el ARN sería posible.
Obviamente el proceso histórico del origen de la vida no se podrá recrear de manera precisa o no estaremos seguros que se efectuara exactamente de una manera molecular determinada. Sin embargo, este tipo de resultados pueden arrojar luz sobre cómo pudo ser el proceso original. No podemos viajar atrás en el tiempo, pero podemos entender mejor el origen de la vida gracias a esto.

http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/1167856
http://www.scripps.edu/newsandviews/e_20090112/joyce.html