Los químicos de Scripps Research han hecho un descubrimiento que respalda una nueva y sorprendente visión de cómo se originó la vida en nuestro planeta.

En un estudio publicado en la revista de química Angewandte Chemie , demostraron que un compuesto simple llamado diamidofosfato (DAP), que estaba plausiblemente presente en la Tierra antes de que surgiera la vida, podría haber tejido químicamente pequeños bloques de construcción de ADN llamados desoxinucleósidos en hebras de ADN primordial.

El hallazgo es el último de una serie de descubrimientos, en los últimos años, señalando la posibilidad de que el ADN y su primo químico cercano el ARN surgieran juntos como productos de reacciones químicas similares, y que las primeras moléculas autorreplicantes, las primeras formas de vida en la Tierra, eran mezclas de las dos.

El descubrimiento también puede conducir a nuevas aplicaciones prácticas en química y biología, pero su principal significado es que aborda la antigua cuestión de cómo surgió la vida en la Tierra. En particular, allana el camino para estudios más extensos sobre cómo las mezclas de ADN-ARN autorreplicantes podrían haber evolucionado y extenderse en la Tierra primordial y finalmente sembrar la biología más madura de los organismos modernos.

"Este hallazgo es un paso importante hacia el desarrollo de un modelo químico detallado de cómo se originaron las primeras formas de vida en la Tierra, "dice el autor principal del estudio, Ramanarayanan Krishnamurthy, Doctor., profesor asociado de química en Scripps Research.

El hallazgo también aleja el campo de la química del origen de la vida de la hipótesis que lo ha dominado en las últimas décadas:la hipótesis del "mundo del ARN" postula que los primeros replicadores estaban basados ​​en ARN, y ese ADN surgió solo más tarde como producto de formas de vida de ARN.

¿El ARN es demasiado pegajoso?

Krishnamurthy y otros han dudado de la hipótesis del mundo del ARN en parte porque las moléculas de ARN pueden haber sido simplemente demasiado "pegajosas" para servir como las primeras auto-replicadoras.

Una hebra de ARN puede atraer otros componentes básicos de ARN individuales, que se adhieren a él para formar una especie de hebra de imagen especular:cada bloque de construcción en la nueva hebra se une a su bloque de construcción complementario en el original, hebra "plantilla". Si la nueva hebra se puede desprender de la hebra de la plantilla, y, por el mismo proceso, empezar a crear plantillas de otras nuevas hebras, entonces ha logrado la hazaña de la autorreplicación que subyace a la vida.

Pero aunque las hebras de ARN pueden ser buenas para crear plantillas de hebras complementarias, no son tan buenos separándose de estos hilos. Los organismos modernos producen enzimas que pueden obligar a las hebras hermanadas de ARN (o ADN) a ir por caminos separados, permitiendo así la replicación, pero no está claro cómo se pudo haber hecho esto en un mundo donde las enzimas aún no existían.

Una solución quimérica

Krishnamurthy y sus colegas han demostrado en estudios recientes que las cadenas moleculares "quiméricas" que son parte de ADN y parte de ARN pueden haber podido solucionar este problema. porque pueden moldear hebras complementarias de una manera menos pegajosa que les permite separarse con relativa facilidad.

Los químicos también han demostrado en artículos ampliamente citados en los últimos años que los bloques de construcción simples de ribonucleósidos y desoxinucleósidos, de ARN y ADN respectivamente, podría haber surgido en condiciones químicas muy similares en la Tierra primitiva.

Es más, en 2017 informaron que el compuesto orgánico DAP podría haber desempeñado el papel crucial de modificar los ribonucleósidos y unirlos en las primeras hebras de ARN. El nuevo estudio muestra que DAP en condiciones similares podría haber hecho lo mismo con el ADN.

"Nosotros encontramos, para nuestra sorpresa, que el uso de DAP para reaccionar con desoxinucleósidos funciona mejor cuando los desoxinucleósidos no son todos iguales, sino que son mezclas de diferentes 'letras' de ADN como A y T, o G y C, como ADN real, "dice el primer autor Eddy Jiménez, Doctor., un asociado de investigación postdoctoral en el laboratorio Krishnamurthy.

"Ahora que entendemos mejor cómo una química primordial pudo haber producido los primeros ARN y ADN, Podemos comenzar a usarlo en mezclas de componentes básicos de ribonucleósidos y desoxinucleósidos para ver qué moléculas quiméricas se forman y si pueden autorreplicarse y evolucionar. "Krishnamurthy dice.

Señala que el trabajo también puede tener amplias aplicaciones prácticas. La síntesis artificial de ADN y ARN, por ejemplo en la técnica "PCR" que subyace a las pruebas COVID-19, equivale a un vasto negocio global, pero depende de enzimas que son relativamente frágiles y, por tanto, tienen muchas limitaciones. Robusto, Los métodos químicos sin enzimas para producir ADN y ARN pueden resultar más atractivos en muchos contextos, Krishnamurthy dice.