Cómo la vida primordial en la Tierra podría haberse replicado

Los científicos han creado un nuevo tipo de sistema de replicación genética que demuestra cómo la primera vida en la Tierra, en forma de ARN, podría haberse replicado. Los científicos del Laboratorio de Biología Molecular del Consejo de Investigación Médica (MRC) dicen que el nuevo ARN utiliza un sistema de replicación genética diferente a cualquiera que se sabe que ocurre naturalmente en la Tierra hoy en día.

Una teoría popular para las primeras etapas de la vida en la Tierra es que se fundó en hebras de ARN, un primo químico del ADN. Al igual que el ADN, las cadenas de ARN pueden transportar información genética utilizando un código de cuatro letras moleculares (bases), pero el ARN puede ser más que una simple «cadena» de información. Algunas cadenas de ARN también pueden plegarse en formas tridimensionales que pueden formar enzimas, llamadas ribozimas, y llevar a cabo reacciones químicas.

Si una ribozima pudiera replicar el ARN plegado, podría copiarse y soportar un sistema de vida simple.

Anteriormente, los científicos habían desarrollado ribozimas que podían replicar cadenas rectas de ARN, pero si el ARN se plegaba, bloqueaba la ribozima para que no se copiara. Dado que las ribozimas en sí mismas son ARN plegados, su propia replicación está bloqueada.

Ahora, en un artículo publicado hoy en la revista eLife , los científicos han resuelto esta paradoja al diseñar la primera ribozima que es capaz de replicar los ARN plegados, incluido él mismo.

Normalmente, cuando se copia ARN, una enzima agrega bases individuales (C, G, A o U) una a la vez, pero la nueva ribozima utiliza tres bases unidas, como un «triplete» (por ejemplo, GAU). Estos bloques de construcción de triplete permiten que la ribozima copie el ARN plegado, porque los tripletes se unen al ARN mucho más fuertemente y lo desencadenan, por lo que la nueva ribozima puede copiar sus propias cadenas de ARN plegadas.

Los científicos dicen que la ‘sopa primordial’ podría haber contenido una mezcla de bases en muchas longitudes -una, dos, tres, cuatro o más bases unidas- pero descubrieron que usar cadenas de bases más largas que una tripleta hizo que copiar el ARN menos preciso.

El Dr. Philipp Holliger, del Laboratorio de Biología Molecular del MRC y autor principal del artículo, dijo: «Encontramos una solución a la paradoja de la replicación del ARN al repensar cómo abordar el problema: dejamos de intentar imitar la biología existente y diseñamos un estrategia sintética completamente nueva. Es emocionante que nuestro ARN ahora pueda sintetizarse a sí mismo.

«Estos trillizos de bases parecen representar un punto dulce, donde obtenemos una buena apertura de las estructuras de ARN dobladas, pero la precisión sigue siendo alta. Notablemente, aunque los trillizos no se usan en la biología actual para la replicación, la síntesis de proteínas por el ribosoma, una antigua máquina de ARN que se cree que es una reliquia de la vida basada en el ARN temprano, procede usando un código triplete.

«Sin embargo, este es solo un primer paso porque nuestra ribozima aún necesita mucha ayuda de nosotros para hacer la replicación. Proporcionamos un sistema puro, por lo que el siguiente paso es integrar esto en las mezclas de sustrato más complejas que imitan la sopa primordial; este probablemente era un entorno químico diverso que también contenía una variedad de péptidos y lípidos simples que podrían haber interactuado con el ARN «.

Los experimentos se realizaron en hielo a -7 ° C, porque los investigadores habían descubierto previamente que la congelación concentra las moléculas de ARN en una salmuera líquida en pequeños espacios entre los cristales de hielo. Esto también es beneficioso para las enzimas de ARN, que son más estables y funcionan mejor a bajas temperaturas.

El Dr. Holliger agregó: «Esta es una biología sintética completamente nueva y hay muchos aspectos del sistema que aún no hemos explorado. Esperamos que en el futuro, también tenga algunas aplicaciones de biotecnología, como agregar modificaciones químicas en posiciones específicas a los polímeros de ARN para estudiar la epigenética del ARN o aumentar la función del ARN «.

El Dr. Nathan Richardson, Jefe de Medicina Molecular y Celular en el MRC, dijo: «Este es un ejemplo realmente emocionante de la investigación del cielo azul que ha revelado importantes ideas sobre cómo los comienzos de la vida pueden haber surgido de la ‘sopa primordial’. mil millones de años atrás. No solo es fascinante esta ciencia, sino que también comprende los requisitos mínimos para la replicación del ARN y cómo estos sistemas pueden manipularse podría ofrecer nuevas y emocionantes estrategias para tratar las enfermedades humanas «.