En un sistema con moléculas autorreplicantes, previamente demostrado tener la capacidad de crecer, dividir y evolucionar, Los químicos de la Universidad de Groningen han descubierto ahora capacidades catalíticas que dan como resultado un metabolismo básico. Es más, vincularon un tinte sensible a la luz a las moléculas, lo que les permitió utilizar la energía de la luz para impulsar el crecimiento. Estos hallazgos, que acercan un paso más la vida artificial, fueron publicados simultáneamente en las revistas Química de la naturaleza y Catálisis de la naturaleza el 26 de junio.

Hace diez años, Sijbren Otto, Profesor de Química de Sistemas en el Instituto Stratingh de Química de la Universidad de Groningen, descubrió un nuevo mecanismo para la autorreplicación:pequeñas moléculas que contienen péptidos en solución forman anillos que posteriormente forman pilas crecientes. Cuando una pila se rompe, ambas mitades empiezan a crecer de nuevo. Es más, el crecimiento de pilas agota el número de anillos en solución y esto, Sucesivamente, Estimula la formación de nuevos anillos a partir de los bloques de construcción. El sistema también podría 'mutar' cuando se agregan diferentes bloques de construcción.

Impresionante descubrimiento

Este sistema, que surgió espontáneamente, es una forma de proto-vida artificial. "La definición de vida es compleja pero, en general, la vida debe tener tres propiedades básicas, "explica Otto." La primera es la replicación, y esto sucede en nuestro sistema. El segundo es el metabolismo, que debería crear bloques de construcción a partir de materiales en el medio ambiente. Y el tercero es la compartimentación, que separa al organismo vivo de su entorno ". Finalmente, tales organismos deben desarrollar un cuarto, propiedad más avanzada, que es la capacidad de evolucionar e inventar.

Otto y su equipo se propusieron realizar cambios en sus moléculas para agregar capacidades catalíticas. "Sin embargo, cuando comenzamos el proyecto, Hicimos un descubrimiento asombroso. Sin requerir ningún cambio, el sistema ya mostró catálisis; simplemente no nos habíamos dado cuenta de esto antes ". Las pilas crecen a partir de anillos formados por seis bloques de construcción. Estos anillos se forman al combinar los bloques de construcción de anillos más pequeños que están formados por tres o cuatro bloques de construcción.

Evolución

"Resultó que las pilas de anillos catalizan la formación de los anillos más pequeños, "dice Otto. Un análisis más detallado mostró que la catálisis de esta reacción requiere la presencia de dos residuos de aminoácidos específicos (dos residuos de lisina)". Ni los bloques de construcción ni los anillos separados tienen capacidades catalíticas, pero las pilas lo hacen. Así que asumimos que en estas pilas, surge una configuración tridimensional de estos residuos de lisina que actúa como centro catalítico, al igual que las proteínas dan forma a los sitios activos al colocar los residuos de aminoácidos en arreglos muy específicos, "explica Otto. Así, en las estructuras que surgen como resultado de su capacidad de autorreplicarse, los aminoácidos se organizan de tal manera que pueden actuar como catalizadores.

Las pilas también son capaces de catálisis retroaldólica, una reacción bien conocida que se utiliza a menudo para comparar los esfuerzos de diseño de catalizadores. "Curiosamente, nuestras pilas, que no fueron diseñados para tener capacidades catalíticas, eran tan eficientes como los catalizadores mejor diseñados que conocemos ". Descubrir que las mismas pilas pueden catalizar dos reacciones muy diferentes es interesante. Muchas enzimas tienen esta capacidad, lo que le da a la evolución la oportunidad de desarrollar algo nuevo.

Metabolismo

En un segundo estudio, se añadió un tinte fotosensible. "Guille Monreal, uno de mis Ph.D. estudiantes, leer que tal colorante podría estimular la formación de oxígeno singlete reactivo en péptidos amiloides. Como el oxígeno reactivo impulsa pasos importantes en la formación de anillos, quería ver si esto aceleraría la formación de anillos ". Se encontraron dos tintes diferentes que de hecho aceleran la formación de anillos cuando se exponen a la luz, pero solo cuando estaban atados a las pilas. "Los tintes parecían actuar como cofactores de las pilas, al igual que las proteínas de hoy en día utilizan cofactores para su catálisis, "dice Otto. Cuando se une a las fibras que se replican, el tinte puede utilizar la energía de la luz para crear oxígeno singlete reactivo y, por lo tanto, aumentar la formación de nuevos anillos.

Tanto la catálisis espontánea por las pilas como la catálisis mediada por el cofactor dan como resultado una especie de metabolismo que está ligado a la replicación. "Todavía no es el tipo de metabolismo que se ve en los organismos vivos, "explica Otto." En nuestro sistema, la catálisis simplemente acelera las reacciones que ocurrirían lentamente sin ayuda. En la vida, el metabolismo también impulsa reacciones que de otro modo no ocurrirían ".

Vida artificial

Sin embargo, El sistema artificial de Otto muestra tanto replicación como una forma primitiva de metabolismo. "Es más, Desde este punto, la compartimentación es un paso relativamente pequeño ". ¿Está cerca de ver evolucionar la vida artificial en sus tubos de ensayo? "No exactamente, "admite Otto." Eso requeriría que el sistema fuera capaz de una evolución abierta, lo que significa que puede desarrollar capacidades que no están presentes en el sistema. Y todavía no tenemos una idea clara de cómo lograrlo. Pero nuestro sistema parece ser una base sólida a partir de la cual podemos llegar allí ".