Es el último enigma del huevo y la gallina. La vida no funciona sin pequeñas máquinas moleculares llamadas ribosomas, cuyo trabajo es traducir genes en proteínas. Pero los ribosomas mismos son necesarios para producir ARN y proteínas. Entonces, ¿cómo surgió la primera vida?
Los investigadores pueden haber dado el primer paso para resolver este misterio. Han demostrado que las moléculas de ARN pueden producir proteínas cortas llamadas péptidos por sí mismas, sin necesidad de ribosomas. Lo que es más, esta química funciona en condiciones probablemente presentes en la Tierra primitiva.
“Es un avance importante”, dice Claudia Bonfio, química del origen de la vida en la Universidad de Estrasburgo que no participó en el trabajo. El estudio, dice, proporciona a los científicos una nueva forma de pensar sobre cómo se construyeron los péptidos.
Los investigadores que estudian el origen de la vida han considerado durante mucho tiempo que el ARN es el actor principal porque puede transportar información genética y catalizar las reacciones químicas necesarias. Es probable que estuviera presente en nuestro planeta antes de que evolucionara la vida. Pero para dar lugar a la vida moderna, el ARN tendría que haber «aprendido» de alguna manera a producir proteínas y, finalmente, ribosomas. “Por el momento, el ribosoma simplemente cae del cielo”, dice Thomas Carell, químico de la Universidad Ludwig Maximilian de Munich.
Una pista de este acertijo provino de un trabajo de laboratorio anterior. En 2018, Carell y sus colegas intentaban comprender cómo se podrían haber formado las cuatro bases «canónicas» del ARN a partir de moléculas más simples. En las células modernas, estas bases de ARN (guanina, uracilo, adenina y citosina) constituyen las letras genéticas en el ARN mensajero (ARNm) que los ribosomas leen y traducen en proteínas. Sin embargo, otras bases de ARN «no canónicas» también son omnipresentes en las células modernas y desempeñan una variedad de funciones. Estos incluyen la estabilización de la unión entre los ARN canónicos y los «ARN de transferencia» que ayudan a los ribosomas a convertir el código genético del ARNm en proteínas.
Carell y sus colegas notaron que algunos de estos ARN no canónicos podrían haberse sintetizado a partir de moléculas simples en la Tierra primitiva. Ellos y otros continuaron demostrando que algunas bases no canónicas podían unirse a los aminoácidos, los componentes básicos de las proteínas, lo que planteaba la posibilidad de que también pudieran unirlos en péptidos.
Ahora, el equipo de Carell informa que un par de bases de ARN no canónicas pueden hacer precisamente eso. Comenzaron con pares de hebras de ARN, cada una formada por cadenas de bases de ARN unidas en una cadena. Estos pares de hilos eran complementarios, lo que les permitía reconocerse y unirse entre sí. En un extremo de la primera cadena, llamada cadena «donante», incluían una base de ARN no canónica, llamada en6A, que es capaz de unirse a un aminoácido. Al final de la segunda cadena de ARN, llamada cadena «aceptora», agregaron otra base de ARN no canónica, llamada mnm5tu
El equipo de Carell descubrió que cuando las cadenas complementarias de ARN donante y aceptor se unen, el mnm5U agarró el aminoácido en la t6A. Con la adición de solo un poco de calor, t6A soltó y pasó su aminoácido a mnm5U, y las cadenas complementarias se disociaron y se separaron.
Pero el proceso podría repetirse. Una segunda cadena donante que lleva otro aminoácido podría unirse a la cadena aceptora y pasar su aminoácido, que estaba unido al primero. El proceso podría crear cadenas peptídicas de hasta 15 aminoácidos de largo.el equipo informa hoy en Naturaleza.
Carell y sus colegas también encontraron que cuando las cadenas de ARN complementarias que contienen pares de bases de ARN no canónicas se unen, los aminoácidos que inicialmente comparten fortalecen la unión de las dos cadenas de ARN. El resultado, dice Bonfio, es que en la Tierra primitiva, la formación de péptidos y ARN puede haber sido sinérgica: los ARN pueden haber ayudado a formar péptidos y los péptidos pueden haber ayudado a estabilizar y formar ARN cada vez más largos.
Ella y Carell dicen que esta sinergia podría haber producido una gran diversidad química de ARN, péptidos y combinaciones de los dos que luego podrían haber dado lugar a la química compleja necesaria para la vida, todo sin la necesidad de ribosomas.
Carell reconoce que el trabajo es solo «un primer peldaño». Los investigadores aún necesitan demostrar cómo las cadenas de ARN, que contienen bases canónicas o no, podrían haber seleccionado cadenas específicas de aminoácidos necesarios para las proteínas reales. Pero con un trampolín en su lugar, los investigadores del origen de la vida ahora tienen una idea de dónde buscar a continuación.
