En un esfuerzo por trazar un camino desde la química orgánica no evolutiva hasta las primeras células realmente vivas, los científicos de la Facultad de Medicina de Harvard en Massachusetts han propuesto que esos primeros bloques de construcción contenían ácidos nucleicos poco conocidos que no forman parte de ningún genoma moderno.
La cuestión de cómo evolucionamos las bibliotecas genómicas codificadas en el ADN que son manejadas por enzimas basadas en proteínas y transcritas en notas de ARN de corta duración es fundamental para comprender cómo surgió la vida en la Tierra.
Los componentes básicos de estos dos químicos ubicuos podrían haber estado fácilmente presentes bajo el condiciones hostiles en nuestro planeta recién nacido.
Pero en base a lo que sabemos de la química dando lugar para los conocidos ácidos nucleicos ARN y ADN, hay mucho espacio para la posibilidad de que otras variaciones también se hayan formado en la mezcla.
Para comprender cómo podría haberse comportado esta mezcla, los investigadores produjeron recetas de nucleótidos basadas en mezclas híbridas no solo de los conocidos ácidos ribonucleico (ARN) y desoxirribonucleico (ADN), sino una pizca de algo llamado ácido arabinonucleicoo ANA.
La diferencia entre los tres ácidos nucleicos diferentes es tan sutil como un oxígeno ausente o un grupo hidroxilo invertido en el azúcar que forma el núcleo de la molécula.
Por pequeños que puedan ser estos contrastes, pueden marcar la diferencia cuando se trata de la estabilidad de los polímeros que cada uno forma bajo diversas condiciones. Los diferentes tipos de ácidos nucleicos también pueden mezclarse para formar códigos híbridos, algunos de los cuales son más propensos a romperse que otros.
Los investigadores descubrieron que cuando se trataba de la autorreplicación, las cadenas de ARN puro hicieron un trabajo mucho mejor que otras formas de ácido nucleico puro, y las superaron en términos no solo de velocidad, sino también de precisión y eficiencia.
Sorprendentemente, al tener ciertas combinaciones de híbridos de ADN / ANA en el medio ambiente, el ARN hizo un trabajo aún mejor en la replicación, un hallazgo que aborda una crítica de larga data de lo que se conoce como el Hipótesis mundial de ARN.
De vuelta en la década de 1960 Los biólogos Carl Woese, Francis Crick y Leslie Orgel señalaron que el ARN tenía la habilidad de hacer dos trabajos en uno. Incluso hoy en día, se ve que actúa como un medio para codificar y realizar tareas físicas en una celda.
Esto significaba que el ARN podría servir como un prólogo conveniente para la vida, formando la base de un 'mundo de ARN' de secuencias de ácido nucleico en competencia al desempeñar el papel de guía de instrucciones y fotocopiadora.
Desafortunadamente, "conveniente" es la palabra clave aquí. ¿Cómo es que el ARN llegó a ser el rey cuando se vio rodeado de objetos similares que podrían abarrotar su maquinaria?
"Hace años, Leslie Orgel se burló de la ingenua idea de que grupos de ribonucleótidos concentrados puros pudieran estar presentes en la Tierra primitiva como 'el sueño del biólogo molecular'". dice biólogo químico de Harvard y el premio Nobel Jack Szostak.
"Pero se desconoce cómo podría surgir ARN homogéneo relativamente moderno de una mezcla heterogénea de diferentes materiales de partida".
Muchos años atrás, Szostak y su equipo encontraron evidencia de que las cadenas híbridas de ARN y ADN podrían ayudar a explicar por qué el ADN finalmente dominó nuestros genomas, a pesar del doble talento del ARN.
Esta investigación más reciente complementa el descubrimiento al mostrar nuevamente que no necesitamos explicar cómo surgió el ARN o el ADN por separado en sus propias bolsas húmedas de química.
"No se necesitaba un conjunto primordial de bloques de construcción puros" dice Szostak.
Además, tener otros tipos de ácido nucleico alrededor, incluidos los que ya no son empleados por máquinas vivas, podría haber ayudado a que dominen las hebras de ARN puro, permitiéndoles asumir las tareas más básicas de la biología y representar una forma de vida primitiva.
"La química intrínseca de la química de copia de ARN resultaría, con el tiempo, en la síntesis de fragmentos de ARN cada vez más homogéneos". dice Szostak.
El trabajo futuro podría mostrar cómo otros ácidos nucleicos interactuaron con la creciente bioquímica, completando detalles potenciales sobre los orígenes de la vida como una quimera de ADN, ARN, ANA y posiblemente incluso otras variantes que podemos actualmente solo sueña en un laboratorio.
Si bien solo podemos especular sobre cómo surgió la vida en la Tierra hace varios miles de millones de años, encontrar evidencia de nuestros orígenes podría ayudarnos a comprender cómo podría surgir la vida en otras partes del cosmos, sin mencionar cómo podríamos crear alternativas sintéticas a la biología aquí atrás en nuestro planeta natal
A este ritmo, podríamos necesitar considerar la hipótesis mundial de ARN como NA.
Esta investigación fue publicada en el Revista de la Sociedad Americana de Química.