Un nuevo sistema químico que imita al ADN ayudará a comprender el origen de la vida

Un equipo de científicos del Instituto de Investigación Scripps de California, ha creado un nuevo análogo del ADN que se ensambla y se desensambla a sí mismo, sin la ayuda de enzimas (algunas enzimas se utilizan en biotecnología para clonar fragmentos de ADN).

Dado que este nuevo sistema contiene componentes que podrían haberse encontrado en la Tierra antes de que apareciese la vida, los científicos esperan que les ayude a comprender cómo pudo emerger ésta en nuestro planeta.

Por otro lado, según publica el Instituto de Investigación Scripps en un comunicado, este análogo del ADN podría ser un punto de partida hacia el desarrollo de nuevos materiales capaces de auto-repararse o de transformarse en respuesta a su entorno.

Evolución análoga

Los científicos están tan sorprendidos como fascinados por la cuestión de cómo pudo surgir en la Tierra la vida. Una de las teorías más generalizadas señala que, antes de que apareciera el ADN, las formas de vida más primitivas usaban el ARN (ácido nucleico formado por una cadena de ribonucleótidos) para transmitir sus códigos genéticos. Esta idea es la conocida como hipótesis del “Mundo del ARN”.

Sin embargo, muchos investigadores señalan que el ARN sería demasiado complejo, por lo que algo aún más simple debió precederle, en las formas de vida primitivas. Reza Ghadiri, químico del Instituto de Investigación Scripps y director de la presente investigación, ha estado trabajando durante años para descubrir qué replicadores y sistemas genéticos podría haber antes de la llegada del Mundo del ARN.

Uno de los focos clave de sus estudios ha sido el papel de unas moléculas orgánicas llamadas aminoácidos en esta cuestión. Ya en 1996, Ghadiri y sus colaboradores demostraron por vez primera que las hebras de aminoácidos y de péptidos (moléculas formadas por la unión de varios aminoácidos mediante enlaces peptídicos) del ADN podían auto-replicarse en condiciones en las que no hubiera enzimas.

Ahora, Ghadiri y su equipo intentan generar un sistema capaz de realizar procesos similares a la evolución darwiniana. Según el investigador, el análogo de ADN conseguido sería “el primer paso hacia ese objetivo”.

Estructuras cambiantes

Mientras que gran parte de los trabajos realizados hasta ahora con los análogos del ADN, como el ANP (ácido nucleico peptídico), se han focalizado en las bases nitrogenadas del ADN (que son complementarias entre sí y forman parejas), ya ancladas a unidades troncales, para diseñar su sistema, Ghadiri tuvo la idea de trabajar con bloques de fabricación más simples.

Si estos bloques tenían lazos que se invirtieran fácilmente -a diferencia que en el ADN o en el ANP- esto podría evitar la necesidad de enzimas, al tiempo que se mantendrían las características claves de la codificación de la información.

Como resultado, los científicos desarrollaron un sistema formado por péptidos y el aminoácido cisteína. Este aminoácido se enlazaría de forma reversible con un compuesto orgánico conocido como tioéster. Así, los científicos crearon un ácido nucleico peptídico tioéster (tANP), con el que es posible que las bases nitrogenadas del ADN se acoplen y se desacoplen del tANP formando ensamblajes variables.

Al unir el tANP con el ADN, las hebras complementarias de ambos se ensamblan. Estos apareamientos pueden después abrirse añadiendo nuevas hebras complementarias de ADN, para que se generen otras estructuraciones.

Por otro lado, Ghadiri y su equipo también han demostrado que una hebra de tANP puede actuar como plantilla, generando la formación de tANP complementario, aunque todavía no se ha podido lograr la auto-replicación del tANP, que sería un objetivo final de la investigación.

Aplicaciones sorprendentes

Debido a que el tANP puede desensamblarse tan fácilmente, sus hebras no pueden transmitir aún información. En esta transmisión es donde estaría la clave de la capacidad del ADN para originar vida, señalan los expertos.

Los científicos exploran formas para conseguir que las unidades de tANP sean transformadas químicamente, hasta que puedan transmitir información. Asimismo, buscan determinar la estructura del tANP, que podría parecerse a la doble hélice de ADN o que quizá ser totalmente distinta.

Ghadiri señala que el trabajo ofrece además algunas posibilidades distantes pero muy interesantes, especialmente si se considera que se podrían crear sistemas similares al del tANP usando constituyentes químicos distintos.

Estos sistemas podrían llevar a la formación de nuevas enzimas u otros productos químicos capaces de catalizar reacciones para usos biomédicos u otros usos.

Asimismo, Ghadiri también se imagina algunas opciones que parecen de ciencia-ficción para materiales relacionados con el tANP, como plásticos que podrían repararse solos al romperse.

Otra posibilidad, relacionada con la forma que tiene el tANP de reconfigurarse, sería crear materiales que pudieran remodelarse a sí mismos, dependiendo de los cambios que haya en su entorno. Los resultados de esta investigación han aparecido publicados en la revista Science.