Los lagos en un entorno volcánico podrían haber sido el caldo de cultivo para los primeros compuestos bioquímicos hace entre 4 y 4,5 mil millones de años. Crédito:Dhilung Kirat / Wikimedia, ETH Zúrich
Los científicos de ETH han podido demostrar que una estructura de proteína muy extendida en la naturaleza, el amiloide, es teóricamente capaz de multiplicarse. Esto lo convierte en un predecesor potencial de las moléculas que se consideran los componentes básicos de la vida.
Considerado durante mucho tiempo como una aberración biológica, Los amiloides son agregados fibrosos de fragmentos proteicos cortos. Los amiloides tienen mala reputación porque se cree que son la causa de múltiples enfermedades neurodegenerativas. incluyendo la enfermedad de Alzheimer, Enfermedad de Parkinson y Creutzfeldt-Jakob.
Recientemente, los investigadores descubrieron que los amiloides aparecen como bloques de construcción estructurales y funcionales en una amplia gama de formas de vida. de bacterias, levadura y hongos a los seres humanos. En vertebrados, juegan un papel en la producción del pigmento melanina, mientras que las células de levadura usan agregados amiloides para formar una especie de memoria molecular.
Catalizadores en evolución prebiótica
Compuesto por péptidos cortos, las fibras amiloides pueden acelerar las reacciones químicas de forma similar a las enzimas; por tanto, durante varios años se las ha considerado candidatas a las primeras moléculas precursoras de la vida. Hasta ahora, sin embargo, En la teoría del papel de los amiloides en la abiogénesis faltaba una propiedad química importante:la autorreplicación.
Los primeros defensores de la hipótesis amiloide incluyen al profesor de ETH Roland Riek y su asistente principal Jason Greenwald, del Laboratorio de Química Física. En un experimento ahora han podido demostrar que los amiloides pueden servir como molde químico para la síntesis de péptidos cortos. Y el punto crítico:"Esta capacidad también se aplica potencialmente al amiloide en sí, lo que significa que las moléculas pueden auto-replicarse, ", dice Riek. Los investigadores informaron sus hallazgos en un estudio en Comunicaciones de la naturaleza .
Izquierda:micrografía electrónica de una fibra amiloide. En verde hay un diagrama de la estructura de la hoja característica de los amiloides, que consta de múltiples cadenas peptídicas cortas. Crédito:Jason Greenwald / ETH Zurich
Plantilla para autorreplicación
La capacidad de autorreplicarse se considera un requisito previo esencial para todas las formas de vida tempranas. Al demostrar que los amiloides se auto-replican, Riek y su equipo no solo han destacado otro aspecto sorprendente de esta proteína comúnmente subestimada, pero también completó un eslabón perdido previamente en el argumento de la hipótesis amiloide.
Casi dos años antes, Los científicos de ETH ya habían demostrado en un experimento que las estructuras amiloides pueden formarse espontáneamente con una facilidad asombrosa, a partir de aminoácidos simples que probablemente ya existían cuando la Tierra aún estaba sin vida. y en condiciones de reacción que parecen muy plausibles para la sopa primordial (como informó ETH News).
Lo mismo ocurre con la síntesis de péptidos recién descubierta:"El mecanismo de reacción parece ser de naturaleza general. Es estable en un amplio rango de temperaturas y concentraciones de sal, en ambientes ácidos y alcalinos, "explica Greenwald.
Este descubrimiento refuerza la opinión de los investigadores de que al principio de la historia evolutiva, Los amiloides podrían haber jugado un papel central en el desarrollo de formas de vida tempranas como portadores de información y unidades catalizadoras.
El mecanismo de autorreplicación de las fibras amiloides representado esquemáticamente:pieza por pieza, Los aminoácidos específicos (bloques de construcción de colores) se depositan en el lugar correcto y se combinan químicamente. Durante el proceso, el amiloide en crecimiento sirve como plantilla para sí mismo. Crédito:Lukas Frey / ETH Zurich
No solo un mundo de ARN
Hasta ahora, sin embargo, la idea más extendida para los comienzos moleculares de la vida ha sido la hipótesis del ARN, que ve al ácido ribonucleico (ARN) como el único actor clave en la sopa primordial prebiótica. Esto es porque, como el material genético del ADN, Las moléculas de ARN pueden codificar información, y también pueden auto-replicarse.
Los investigadores de ETH ahora están recogiendo el dogma predominante de un mundo basado en ARN. Piensan que la hipótesis amiloide es más plausible; primeramente, porque las moléculas de ARN con función biológica son mucho más grandes y complejas, por lo que es poco probable que se formen espontáneamente en condiciones prebióticas. "Adicionalmente, los amiloides son mucho más estables que los primeros polímeros de ácido nucleico, y tienen una ruta de síntesis abiótica mucho más simple en comparación con la complejidad de los ARN catalíticos conocidos, "dice Greenwald.
Riek añade:"Nunca podremos demostrar cuál es la verdad. Para hacerlo, tendríamos que retroceder los últimos 4 a 4 500 millones de años de evolución. Sin embargo, sospechamos que no fue uno, sino múltiples procesos moleculares con varias moléculas predecesoras que participaron en la creación de la vida ".
