Orígenes.La vida. Capítulo 4 - El modelo del Mundo RNA.

Este capítulo ha sido el que más me ha costado hasta ahora, no por que sea especialmente complejo sino por la cantidad de teorías que incluye que explican su base de forma resumida pero muy completa. Carlos Briones nos lleva de paseo por los posibles mundos que pudieron dar lugar al flujo de información genética ADN → ARN → Proteínas.

La información genética se almacena en el ADN y las proteínas están codificadas en él pero necesita proteínas polimerasas para copiarse. Ya tenemos la primera gran pregunta, ambos son imprescindibles para formar al otro. ¿Qué fue primero al ADN o las proteínas?
La solución que parece ganar de momento es la intermedia, el primero fue el ARN.

Imagen de la Wikipedia

Como he dicho hay mucha información así que mi deformación profesional me hace reducirla para que no salga nadie huyendo, pido perdón a los entendidos y a los científicos que no serán nombrados.

Vamos a situarnos en los orígenes del modelo que da nombre al capítulo.
En 1968 se lograron pruebas de que el ARN es anterior al ADN, ya que su precursor, y a las proteínas por ser imprescindible en su traducción. También es imprescindible en la formación de ATP y GTP.
Por otro lado no se han encontrado reacciones que transformen proteínas en ARN por lo que se descarta esa línea de flujo.
En 1970 se descubre que los retrovirus copian su ARN en forma de ADN. Este hecho nos permite cambiar el flujo anterior a ADN ↔ ARN → Proteínas.
Ya es posible colocar al ARN como precursos de ADN y proteínas.
En 1982 se refuerza este punto con el descubrimiento en la naturaleza de ARN catalíticos, llamadas ribozimas, Nuestra molécula puede actuar como ADN y como proteína. Hemos entrado en el "Mundo RNA".
El descubrimiento de nuevos ribozimas naturales, hasta llega a 8, refuerza esta línea de trabajo.
Los 7 primeros se autoprocesan sus proteínas y el octavo cataliza las uniones entre aminoácidos por medio de enlaces peptídicos.
Teniendo la base para explicar la replicación el autor nos espeta una segunda pregunta clave, ¿cómo se originó el código genético de los seres vivos?. Sí podemos copiar pero ¿de dónde salió lo que copiamos?
No tenemos nada claro, ni tan siquiera si al principio había 4 ácidos nucleótidos formando los ácidos nucleicos o eran más.

En 2000 se demostró que la ribozima PT permitía explicar la formación de proteínas a partir de la unión de aminoácidos gracias a lectura de ARNs mensajeros. Se logró demostrar la segunda parte del flujo y podemos explicar la formación de protoribosomas que evolucionarán hacia otros más eficientes hasta los actuales. Se piensa que LUCA tenía ribosomas parecidos a los de las bacterias.

En cuanto al metabolismo, no se han encontrado ribozimas implicados en él por lo que, o bien no hubo ribozimas metabólicos, o bien eran poco eficaces y la evolución los sustituyó por proteínas.

Para poder avanzar más rápido se había abierto una nueva vía de investigación, sin abandonar la búsqueda en la naturaleza se comenzó a trabajar in vitro.
En 1967 se pusieron moléculas de ARN del bacteriófago Qβ y se le añadieron enzimas proteicas con actividad ARN polimerasa sin presencia de células. Si en el medio se ponían los nucleótidos y moléculas necesarios se conseguía la replicación fuera del entorno celular. Además las replicaciones consecutivas mutaban aumentando el número de los que se replicaban a mayor velocidad. La molécula ganadora evolutivamente era 20 veces más corta que la original y se bautizó como el monstruo de Spiegelman. Si bien esta molécula no es apta para infectar demuestra la evolución en conjunta de algunas moléculas.

Afinando la técnica de selección de ácidos nucléicos in vitro se consigue amplificar las moléculas adecuadas para lograr uniones concretas, aptámeros, o realizar funciones concretas. Aplicada nuestra primera ribozima natural se consiguió otra más eficiente. Si hemos podido conseguir ribozimas metabólicos y otra que forma ribonucleótidos a partir de pirimidina y ribosa activada para aportar material para sintetizar ARN, estamos confirmando la hipótesis del Mundo RNA.
El que no existan hoy en día en la naturaleza se podría deber, como se ha comentado, a que las proteínas son más eficientes.

Nos falta un ARN autoreplicante y capaz de copiar alos demás ribozimas que no se ha encontrado en la naturaleza ni se ha conseguido in vitro aunque se están realizando avances prometedores.
Las réplicas conseguidas in vitro contienen un error cada 100 nucleótidos copiados mientras que el ADN sólo yerra en uno de cada 10⁹. Esta diversidad en las copias obtenidas ayuda a evolucionar aunque muchas de ellas no sean funcionales. Los virus con genoma de ARN cumplen las predicciones anteriores.
Nuestro modelo sigue avanzando pero seguimos sin explicar el origen del ARN.
Si bien podemos explicar la formación de ribonucleótidos, su polimerización abiótica su estabilización y cómo llegaron a ser catalíticos es lo que nos queda por explicar, casi na.

La polimerización necesita mucha enbergía y no es favorable termodinámicamente por lo que necesitamos catalizarla. Se trabaja en tres vías, interfases agua-hielo y agua-lípidos y la arcilla montmorillonita.

Imagen de Wikipedia

Ésta última es un filosilicato cuyas capas y cargas están dispuestas de forma que los ribonucleótidos pueden entrar y orientarse de forma correcta para su unión.
Con estos catalizadores abióticos se consiguen cadenas de 40, 50 y hasta 100 uniones que dan lugar a moléculas estables sobre todo en la arcilla.
Llegados a este punto el autor nos propone cambiar la sopa prebiótica por una lasaña para adaptar el símil culinario al escenario actual.
Recientemente se ha demostrado que la polimerización desde esas pequeñas cadenas hasta las macromoléculas de ARN se puede dar gracias a una ribozima natural. Otras ribozimas ya han demostrado ser capacesde autoreplicarse, nos vamos acercando a la obtención del ARN replicasa necesario para copiar la información genética.
La síntesis del ARN primigenio no es la única linea de investigación abierta, hay grupos que se centran en la de otros ácidos nucléicos (XNA) como paso anterior al ARN. Se ha conseguido catálisis en corte y unión de moléculas, las primeras funciones bioquímicas. Además son capaces de transmitir la información genética al ARN con lo que se consigue la continuidad evolutiva.

El capítulo termina con una reflexión, la importancia del material genético no está en el material en sí sino en la información que es lo que se mantiene al copiarse, por encima del organismo que la contenía ya que pervive en su descendencia. Para que quede más claro nos propone una metáfora, una antorcha puede prender varias que seguirán trayectorias diferentes, éstas a su vez prenderán otras y así sucesivamente y recorrerán multitud de caminos. Así es la evolución de la vida.

Os felicito por llegar hasta aquí abajo. Para comentar, dada la complejidad de todo lo leído, os propongo:

- Opinión sobre el capítulo, no seáis malos.
- La complejidad de las macromoléculas que queremos formar es suficiente para hacernos una idea de lo dificultoso del camino, ¿tenías idea de lo avanzado que lo llevamos?
- Abramos el abanico y aportemos algo, las primeras cadenas de ribonucleótidos parece que se formaron en rocas o interfases. ¿Crees que esa idea puede cambiar radicalmente con algún descubrimiento importante?¿Como cuál?
- Hemos aprendido que la variabilidad en la copia favorece la evolución pero que no permite una población molecular homogénea, está claro el paralelismo con la evolución las especies. ¿esto es un punto a favor de la teoría?

Buen fin de semana, os lo habéis ganado ;-)

Santos