El mundo del ARN es más fácil de hacer

Publicado online el 13 de mayo de 2009 | Nature | doi: 10.1038/news.2009.471

El mundo del ARN es más fácil de hacer

Un ingenioso experimento químico muestra cómo los nucleótidos podrían haberse formado en el caldo primigenio.
Richard Van Noorden

[ ¿Comenzó la vida con el ARN? Wikimedia Commons ]

Un elegante experimento ha acallado una de las principales objeciones a la teoría de que la vida en la Tierra se originó con las moléculas de ARN.

John Sutherland y sus colegas de la Universidad de Manchester, Reino Unido, han creado un ribonucleótido, uno de los componentes del ARN, a partir de simples productos químicos en las condiciones que podrían haber existido inicialmente en la Tierra.

La hazaña, nunca antes realizada, refuerza la hipótesis del “mundo del ARN”, que sugiere que la vida comenzó cuando el ARN, un polímero relacionado con el ADN que se puede duplicar y cataliza reacciones, surgió de un caldo prebiótico de productos químicos.

“Ésta es una prueba muy sólida del mundo del ARN. No sabemos si estas reacciones químicas reflejan lo que realmente tuvo lugar, pero antes de este trabajo había grandes dudas de que realmente pudiera ocurrir”, afirmó Donna Blackmond, química del Imperial College de Londres.

Una coreografía molecular
Un polímero de ARN es una cadena de ribonucleótidos, cada uno compuesto de tres partes diferenciadas: una ribosa, un grupo fosfato y una base, que puede ser citosina o uracilo, conocidos como pirimidinas, o las purinas guanina o adenina. Imaginando cómo se podría haber formado espontáneamente un polímero así, los químicos pensaron que las subunidades probablemente se formasen primero y luego se unieran para formar un ribonucleótido. Pero incluso en el ambiente controlado de un laboratorio, todos los esfuerzos para conectar la ribosa y la base conducían a un frustrante fracaso.

Los investigadores de Manchester ahora han conseguido sintetizar ambos ribonucleótidos de las pirimidinas. Su solución ha sido evitar la producción separada de las subunidades de ribosa y de la base. En lugar de ello, el equipo de Sutherland ha construido una molécula cuya estructura contiene un enlace que resulta ser la conexión clave entre la ribosa y la base. Después se añaden más átomos en torno a este esqueleto, que se despliega para crear el ribonucleótido.

El último paso es la adición de un grupo fosfato. Sin embargo, ese fosfato, aunque sólo reacciona en las etapas finales de la secuencia, influencia toda la síntesis, tal y como demostró el equipo de Sutherland. Tamponando la acidez y actuando como catalizador, orienta las pequeñas moléculas orgánicas hacia las conexiones correctas.

“Sospechábamos que había algo ahí, pero nos ha llevado 12 años encontrarlo” aseguró Sutherland. “Hemos acabado con esta coreografía molecular, donde las moléculas son coreógrafas involuntarias.” A continuación, afirmó, esperan hacer los ribonucleótidos de las purinas utilizando un enfoque similar.

¿El comienzo de algo especial?
Aunque Sutherland ha demostrado que es posible construir una parte del ARN partiendo de pequeñas moléculas, los detractores de la teoría del mundo del ARN aseguran que la molécula de ARN en su conjunto es demasiado compleja para ser creada utilizando los principios de la geoquímica de la Tierra original. “El defecto en este tipo de investigación no está en la química. El error está en la lógica, es decir, que el control experimental de investigadores en un moderno laboratorio pudiera haber estado disponible en el origen de la Tierra”, declaró Robert Shapiro, químico de la Universidad de Nueva York.

Sutherland señaló que la secuencia de pasos que emplea es compatible con la situación original de la Tierra, en la que era posible calentar las moléculas de agua, evaporarlas e irradiarlas con luz ultravioleta. Y la descomposición de la síntesis del ARN en pequeños pasos controlados en el laboratorio no es simplemente un punto de partida pragmático, aseguró, añadiendo que su equipo también dispone de resultados que muestran que, una vez formados, los nucleótidos se pueden unir formando una cadena. “Mi objetivo final es conseguir un sistema vivo (ARN) a partir de un experimento en un único reactor. Sé que podemos lograrlo. Sólo necesitamos saber qué limitaciones de las condiciones son las importantes.”

Shapiro apoya a los partidarios de otra teoría de los orígenes de la vida: debido a que el ARN es demasiado complejo para producirse a partir de pequeñas moléculas, los procesos metabólicos simples, que eventualmente catalizaron la formación de ARN y ADN, fueron los primeros movimientos de la vida en la Tierra.

“Están en su derecho de discrepar con nosotros. Sin embargo, al haber conseguido resultados experimentales, tenemos cierta ventaja”, declaró Sutherland.

“En última instancia, el reto de la química prebiótica es que no hay forma de validar las hipótesis históricas si no es mediante un experimento individual muy convincente”, señaló Steven Benner, quien estudia la química del origen de la vida en la Fundación para la Evolución Molecular Aplicada, un centro de investigación sin ánimo de lucro de Gainesville, Florida.

Sutherland, sin embargo, espera que la química orgánica pueda ofrecer una síntesis del ARN tan convincente que sirva como prueba. “Podríamos llegar a algo tan casual que uno tendría que creérselo”, aseguró. “Ése es el objetivo de mi carrera.”