ARN y ADN se sugiere en nuevo estudio surgieron al mismo tiempo

Desde Madrid, la agencia Europa Press informa que los químicos de "Scripps Research" han hecho un descubrimiento que respalda una nueva y sorprendente visión sobre cómo fue que se originó la vida en nuestro planeta.

El hallazgo, es el último de una serie de descubrimientos, que a lo largo de los últimos años se han logrado y que apunta a la posibilidad de que el ADN (Ácido Desoxirribonucleico) conjuntamente con su "primo" químico cercano, el ARN (Ácido Ribonucleico), surgieran simultáneamente como productos de reacciones químicas similares, y que las primeras "moléculas autorreplicantes" — es decir, las primeras formas de vida en la Tierra— eran mezclas de los dos ácidos nucleicos .

El estudio llamado "Prebiotic Phosphorylation and Concomitan ADN, ARN, t Oligomerization of Deoxynucleosides to form DNA" publicado en la revista de química "Angewandte Chemie",  ha demostrado que un compuesto simple llamado "diamidofosfato" (DAP), que estaba plausiblemente presente en la Tierra antes de que surgiera la vida, podría haber entretejido químicamente pequeños bloques de construcción de ADN llamados desoxinucleósidos en hebras de ADN primordial.

Un estudio realizado por investigadores del Scripps Research apunta a la posibilidad de que el ADN y el ARN surgieron juntos. Foto tomada del Twitter @scrippsresearch

El ARN es de cadena sencilla, una hebra de este ácido tiene un eje constituido por un azúcar (ribosa, que es un azúcar de cinco carbonos), una de las cuatro bases nitrogenadas (adenina (A), citosina (C), guanina (G) y uracilo (U), este último sustituye a la timina (T) del ADN y grupos de fosfato de forma alterna. Está presente en el citoplasma de las células eucariotas y procariotas.

Por su parte el ADN identificado con el término "doble hélice" para describir la estructura química de doble hebra (bicatenaria) enrollada. Esta forma, efectivamente tiene una apariencia muy parecida a una escalera retorcida en forma de hélice y está conformado por unos componentes químicos básicos denominados "nucleótidos". Estos componentes básicos incluyen: un grupo fosfato, un grupo de azúcar y una de cuatro tipos de bases nitrogenadas alternativas (adenina (A), citosina (C), guanina (G) y timina (T)). Para formar una hebra de ADN, los nucleótidos se unen formando cadenas, alternando con los grupos de fosfato y azúcar.

Para entender la doble hélice del ADN desde un punto de vista químico, hay que imaginar los lados de la escalera como hebras formadas por grupos alternantes de fosfato y azúcar. Cada "peldaño" de la escalera está formado por dos bases nitrogenadas, las cuales forman una pareja unida por enlaces (puentes) de hidrógeno. Debido a la naturaleza altamente específica de este tipo de emparejamiento químico, la base A siempre forma pareja con la base T y, asimismo, la C con la G. Además, de ser complementarias, las dos hebras están orientadas en direcciones opuestas. Así pues, si la secuencia de las bases en una de las hebras de una doble hélice es conocida, descifrar la secuencia de las bases en la otra hebra es algo muy sencillo basado en el principio de complementariedad.

En los organismos llamados eucariotas, el ADN se encuentra dentro de un área compartimentalizada dentro de la célula llamada núcleo. Debido a que la célula es muy pequeña, y porque los organismos tienen muchas moléculas de ADN por célula, cada molécula de ADN debe estar empaquetada de forma muy compacta y precisa. Esta forma superempaquetada del ADN se denomina cromosoma.

El descubrimiento también puede conducir a nuevas aplicaciones prácticas en Química y Biología, pero su principal importancia es que aborda la antigua pregunta 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 el planeta en sus momentos iniciales y finalmente dar paso a la biología más especializada 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 en un comunicado el autor principal del estudio, Ramanarayanan Krishnamurthy, profesor asociado de Química en "Scripps Research". Es egresado como Químico del Instituto Tecnológico de Bombay y doctorado en la Universidad Estatal de Ohio, y estudios Post doctorales en el Escuela Politécnica Federal de Zurich.

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

Recreación artística de estructura simplificada de ADN y el código genético, Imagen de Amazings NCYT.

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 bloques de construcción de ARN individuales, que se adhieren a ella para formar una especie de hebra de imagen especular*: cada uno de los componentes de la nueva hebra se une a su bloque de construcción complementario en la hebra "plantilla" original. Si la nueva hebra puede desprenderse de la hebra de plantilla y, mediante el mismo proceso, comenzar a crear plantillas de otras hebras nuevas, entonces ha logrado la hazaña de la autorreplicación que subyace a la vida.

* Esto es la imagen generada mediante la reflexión de la luz en una superficie especular, que es aquella superficie idea,l en la que se cumple perfectamente la ley de la reflexión (ángulo incidente = ángulo reflejado), es decir, donde los rayos incidentes se reflejan con un ángulo igual al de incidencia ambos tomados con respecto a la perpendicular al plano en ese punto.

Pero mientras que las cadenas de ARN pueden ser buenas para crear plantillas de cadenas complementarias, no son tan buenas para separarse de estas cadenas. 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.

Krishnamurthy y sus colegas Eddy Jiménez y Clémentine Gibard, han demostrado en estudios recientes que las "hebras moleculares quiméricas", las hebras moleculares recambiadas o híbridas, y que son parte tanto del ADN y como parte del ARN, pueden haber solucionado este problema, debido a que pueden moldear las hebras complementarias de una manera menos pegajosa que les permite separarse con relativa facilidad.

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

Ya en 2017 informaron que el compuesto orgánico diamidofosfato (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.

"Descubrimos, para nuestra sorpresa, que usar 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 el ADN real", dice el primer autor Eddy Jiménez, investigador asociado postdoctoral en el laboratorio de Krishnamurthy, en el Instituto Skagss de Química Biológica y egresado de la Universidad Nacional Autónoma de México, primeramente en la licenciatura de Química y posteriormente doctorado en Química Orgánica.

"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", dice Krishnamurthy.

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, representa un vasto negocio global, pero depende de enzimas que son relativamente frágiles y, por lo tanto, tienen muchas limitaciones. Los métodos químicos robustos y libres de enzimas para producir ADN y ARN pueden terminar siendo más atractivos en muchos contextos, dice el doctor Krishnamurthy.

Recordamos ahora que dos de las vacunas para Covid-19, autorizadas y en etapa de aplicación, trabajan con la tecnología del Ácido Ribonucleico mensajero (ARNm).

Siguen llegando las piezas del rompecabezas, a veces, quiebran los paradigmas anteriores, y parece que se regresa, pero en realidad da inicio a una nueva etapa en la investigación científica. Siguen existiendo muchas más preguntas que respuestas.

Y entonces nos toca ser testigos de hechos muy importantes, de inicios de hipótesis y nuevas teorías, que en el futuro indicaran los rumbos a seguir.