El trabajo “A small polymerase ribozyme that can synthesize itself and its complementary strand” describe algo que hasta ahora era casi ciencia ficción experimental: los autores han diseñado un pequeño ribozima polimerasa de ARN capaz de copiar su propia secuencia, y sintetizar también su hebra complementaria. Es decir, un ARN que funciona como enzima y que puede replicarse a sí mismo, aunque todavía en condiciones de laboratorio muy controladas. Es uno de los candidatos más serios hasta ahora a parecerse al tipo de molécula que pudo iniciar la vida en la Tierra.
Para que haya evolución darwiniana se necesitan moléculas que se copien a si mismas y que con la copia aparezca en error y eso genere copias distintas y sobre esas copias distintas se seleccionen las que tengan mayor capacidad de dejar descendencia.
La hipótesis del “mundo de ARN” propone que, antes del ADN y las proteínas, existieron moléculas de ARN que almacenaban información y además catalizaban reacciones. Es lo que se denominó como ribozimas. Pero había un problema práctico y es que los ribozimas polimerasa que se habían obtenido hasta ahora eran demasiado grandes y complejos, incapaces de replicarse a sí mismos de forma completa, poco plausibles como candidatos a surgir espontáneamente. Este artículo ataca justo ese cuello de botella. Los autores han evolucionado in vitro ribozimas polimerasa de ARN, hasta obtener versiones mucho más pequeñas (motivos estructurales compactos), que pueden sintetizar cadenas de ARN, incluyendo una copia de sí mismos y su hebra complementaria.
No estamos hablando todavía de un sistema completamente autónomo tipo “vida en un tubo de ensayo”, pero sí de un paso enorme hacia un replicador de ARN minimalista. El ribozima que han sintetizado los autores es más pequeño y simple que los anteriores, por tanto, más plausible que algo así pudiera surgir por azar en la Tierra primitiva, y demuestra que un ARN relativamente corto puede realizar replicación dirigida de sí mismo.
Fig. 1. Descubrimiento y evolución de tres pequeños ribozimas polimerasa.
(A) En las primeras rondas de selección (rondas 1 a 3/5), los investigadores utilizaron una construcción en la que cada molécula de ARN de la biblioteca estaba unida mediante un enlace flexible a una pequeña secuencia complementaria al extremo 5’ del molde. Además, el cebador llevaba una biotina en el extremo 5’, lo que permitía capturar únicamente los ribozimas activos.
En las rondas posteriores (3/5 a 11), el sistema se volvió más exigente: los ribozimas debían ser capaces de polimerizar tritrinucleótidos trifosfato (“tripletes”). Tanto la secuencia de estos tripletes como el número de ellos codificados en el molde se fueron modificando a lo largo del proceso.
(B) Secuencias y estructuras secundarias previstas de tres motivos de ARN que demostraron capacidad para unir tripletes de manera iterativa, es decir, que mostraron actividad polimerasa basada en tripletes. En azul se indican los nucleótidos procedentes de la región aleatoria de la biblioteca, y en gris los procedentes de las regiones constantes.
(C) Los ribozimas pueden actuar de dos maneras.
En cis: el ribozima está unido al molde mediante un enlace flexible y un pequeño fragmento complementario, lo que favorece una reacción “pseudo-intramolecular”.
En trans: el ribozima interactúa libremente con el cebador y el molde, y polimeriza tripletes en una reacción completamente intermolecular.
(D) Polimerización iterativa de tripletes (x3 pppGCG) por los ribozimas mostrados en (B), evaluada en el formato en cis. La flecha indica la región donde migra el producto completo cuando el ribozima se ha unido al molde. Las reacciones se realizaron con bajas concentraciones de ribozima, cebador y molde, un exceso de tripletes, detergente suave, altas concentraciones de sales y magnesio, a pH alcalino y a –7 °C durante tres días.
(E) Secuencia y estructura secundaria prevista del ribozima QT51, derivado del motivo 1-40 tras introducir seis mutaciones (círculos negros) y eliminar dos nucleótidos (triángulo).
(F) Síntesis de una secuencia de 60 nucleótidos usando el formato en trans, comparando el rendimiento del ribozima QT51 con el ribozima polimerasa 5TU. Las reacciones se realizaron con concentraciones bajas de ribozima, cebador y molde, un exceso de tripletes y condiciones específicas de pH, magnesio y temperatura (–7 °C durante 14 días).
En resumen: en términos de origen de la vida, esto acerca mucho la idea de un sistema químico capaz de autorreplicarse y evolucionar, reduce la brecha entre “sopa química” y “primer replicador funcional”.
Referencia
