Los agregados similares a proteínas conocidos como amiloides pueden unirse a moléculas de material genético. Es posible que estos dos tipos de moléculas se estabilizaran mutuamente durante el desarrollo de la vida, y que esto incluso podría haber allanado el camino para el código genético.
Cómo se desarrollan los organismos a partir de materia inanimada es una de las cuestiones más importantes de la ciencia. Aunque se han propuesto muchas explicaciones posibles, no hay respuestas definitivas. No es de extrañar:estos procesos tuvieron lugar hace entre 3.000 y 4.000 millones de años, cuando las condiciones en la Tierra eran completamente diferentes a las actuales.
"Durante este vasto período de tiempo, la evolución ha borrado por completo los rastros que conducen al origen de la vida", dice Roland Riek, profesor de química física y director asociado del nuevo Centro interdisciplinario para el origen y la prevalencia de la vida de ETH Zurich. La ciencia no tiene más remedio que formular hipótesis y fundamentarlas lo más exhaustivamente posible con datos experimentales.
Durante años, Riek y su equipo han estado persiguiendo la idea de que los agregados similares a proteínas, conocidos como amiloides, podrían haber desempeñado un papel importante en la transición entre la química y la biología.
El primer paso del grupo de investigación de Riek fue demostrar que este tipo de amiloides se pueden formar con relativa facilidad en las condiciones que probablemente prevalecían en la Tierra primitiva:en el laboratorio, basta con un poco de gas volcánico (además de habilidad experimental y mucha paciencia). ) para que los aminoácidos simples se combinen en cadenas peptídicas cortas, que luego se ensamblan espontáneamente en fibras.
Posteriormente, el equipo de Riek demostró que los amiloides pueden replicarse, lo que significa que las moléculas cumplen otro criterio decisivo para ser consideradas moléculas precursoras de la vida. Y ahora los investigadores han seguido la misma línea por tercera vez con su último estudio, en el que demuestran que los amiloides son capaces de unirse con moléculas tanto de ARN como de ADN.
Estas interacciones se basan en parte en la atracción electrostática, ya que algunos amiloides están, al menos en algunos lugares, cargados positivamente, mientras que el material genético lleva una carga negativa, al menos en un ambiente de neutro a ácido. Sin embargo, Riek y su equipo también han observado que las interacciones también dependen de la secuencia de los nucleótidos del ARN y del ADN en el material genético. Esto significa que podrían representar una especie de precursor del código genético universal que une a todos los seres vivos.
Y, sin embargo, "aunque vemos diferencias en cómo las moléculas de ARN y ADN se unen a los amiloides, todavía no entendemos qué significan estas diferencias", dice Riek. "Nuestro modelo probablemente sea todavía demasiado simple". Por eso considera especialmente importante otro aspecto de los resultados:cuando el material genético se une a los amiloides, ambas moléculas ganan estabilidad. En la antigüedad, esta mayor estabilidad pudo haber resultado ser una gran ventaja.
Esto se debe a que en aquel entonces, en la llamada sopa primordial, las moléculas bioquímicas estaban muy diluidas. Comparemos esto con las células biológicas actuales, en las que estas moléculas están muy juntas. "Los amiloides tienen el potencial demostrado de aumentar la concentración local y el orden de los nucleótidos en un sistema desordenado que de otro modo estaría diluido", escriben los investigadores de Riek en su artículo publicado en el Journal of the American Chemical Society. .
Riek señala que aunque la competencia es central en la teoría de la evolución de Darwin, la cooperación también ha desempeñado un papel evolutivo importante. Ambas clases de moléculas se benefician de la interacción estabilizadora entre los amiloides y las moléculas de ARN o ADN porque las moléculas de larga vida se acumulan con más fuerza con el tiempo que las sustancias inestables. Incluso puede ser que la cooperación molecular, más que la competencia, fuera el factor decisivo en el surgimiento de la vida.
"Después de todo, entonces probablemente no había escasez de espacio ni de recursos", afirma Riek.
Más información: Saroj K. Rout et al, Un análisis de las interacciones nucleótido-amiloide revela unión selectiva al ARN del tamaño de codones, Revista de la Sociedad Química Estadounidense (2023). DOI:10.1021/jacs.3c06287
Información de la revista: Revista de la Sociedad Química Estadounidense
Proporcionado por ETH Zurich
