La vida en la Tierra podría haber surgido de una mezcla de ARN y ADN

Una nueva investigación acaba de dar a conocer el que podría ser un descubrimiento clave para acercarnos un poco más a la respuesta de una de las grandes preguntas que obsesionan a filósofos y científicos de las más variadas ramas: ¿cómo surgió la vida en la Tierra?.

La clave se encuentra en un compuesto simple llamado diamidofosfato -DAP- del cual, se piensa que ya estaba presente en nuestro planeta antes de que surgiera la vida; y el que se cree, podría haber sido el responsable de unir de manera funcional cada uno de los pequeños monómeros llamados desoxinucleótidos que conformaron las hebras del primer ADN.

El hallazgo, el último de una serie de descubrimientos en los últimos años, y el cual se publica esta semana en la revista Angewandte Chemie bajo el título Prebiotic Phosphorylation and Concomitant Oligomerization of Deoxynucleosides to form DNA, apunta a la posibilidad de que el ADN y su primo químico cercano, el ARN, surgieran juntos como productos de reacciones químicas similares, de lo que se desprende que las primeras moléculas autoreplicantes, es decir, las primeras formas de vida en la Tierra, surgieron de una mezcla de ambas.

Aunque el descubrimiento podría conducir a nuevas aplicaciones prácticas en los campos de la química y la biología, su implicación más inmediata, como decíamos, aborda la antigua cuestión de cómo surgió la vida en la Tierra. En particular allana el camino para estudios más extensos sobre cómo las mezclas de ADN y ARN autorreplicantes -con la capacidad de hacer copias de sí mismas- podrían haber evolucionado y haberse expandido en la Tierra primitiva para dar origen a la biología más madura de los organismos modernos.

“Este descubrimiento es un paso importante hacia el desarrollo de un modelo químico detallado de cómo se originaron las primeras formas de vida en la Tierra”, declara el autor principal del estudio, Ramanarayanan Krishnamurthy, profesor asociado de química en Scripps Research. El hallazgo también plantea una alternativa química para el origen de la vida diferente a la "hipótesis del mundo del ARN" dominante en las últimas décadas y la cual postula que los primeros autoreplicantes estaban basados ​​en ARN, y que el ADN surgió más tarde como un subproducto de las formas de vida basadas en el primero.

Críticas a la hipótesis del mundo ARN
Krishnamurthy y otros investigadores han dudado de la hipótesis del mundo de ARN en parte porque las moléculas de ARN podrían simplemente haber sido demasiado "pegajosas" para servir como las primeras auto-replicadoras. Es decir, para replicarse, las dos cadenas de nucleótidos que conforman los ácidos nucleicos (ADN y ARN) se separan, creando, por decirlo de una manera sencilla, dos plantillas que posteriormente serán ocupadas por dos nuevas cadenas de nucleótidos complementarios. Es precisamente de esta capacidad para separarse creando dos plantillas que posteriormente ocuparan dos hebras nuevas de ADN o ARN, la verdadera hazaña de la que subyace la vida.
Sin embargo, aunque las hebras de ARN son muy buenas a la hora de crear hebras complementarias, no lo son tanto para separarse de estas hebras, lo que implica una traba importante para el éxito del proceso. En la actualidad, sabemos que los organismos modernos producen enzimas que pueden obligar a las hebras complementarias de ARN (o ADN) a ir por caminos separados, facilitando así la replicación, sin embargo cómo podría haberse producido el proceso en un mundo donde las enzimas aún no existían, es un impedimento difícil de salvar para la hipótésis del mundo ARN.

Una solución quimérica
Krishnamurthy y sus colegas han desarrollado en estudios recientes que las cadenas moleculares "quiméricas" (parte de ADN y parte de ARN) podrían haber solucionado este problema, dando lugar a cadenas con una mayor facilidad para separarse. El equipo también ha demostrado en artículos ampliamente citados en los últimos años que los bloques de construcción de ribonucleótidos y desoxinucleótidos simples de ARN y ADN respectivamente, podrían haber surgido en condiciones químicas muy similares en la Tierra primitiva.

También que, según informaban en el año 2017, el DAP podría haber desempeñado el papel crucial a la hora de modificar los ribonucleótidos y unirlos en las primeras hebras de ARN. Ahora este nuevo estudio muestra que el DAP en condiciones similares podría haber hecho lo mismo con el ADN. “Descubrimos, para nuestra sorpresa, que la reacción del DAP con los desoxinucleótidos funciona mejor cuando estos no son todos iguales" explica el coautor del estudio Eddy Jiménez, investigador asociado en el laboratorio de Krishnamurthy. “Ahora que entendemos mejor cómo una química primordial pudo haber producido las primeras moléculas de ARN y ADN, podemos comenzar a usarlo en mezclas de componentes básicos de ribonucleótidos y desoxinucleótidos para ver qué moléculas quiméricas se forman y si pueden autorreplicarse y evolucionar" añade ”Krishnamurthy.

El trabajo de los investigadores también podría tener amplias aplicaciones prácticas, por ejemplo, en la síntesis artificial de ADN y ARN, o en la técnica “PCR” empleada en los test del COVID-19, la cual depende de enzimas que son relativamente frágiles y, por lo tanto, tienen muchas limitaciones. " de hecho, los métodos químicos robustos y libres de enzimas para producir ADN y ARN podrían terminar siendo más atractivos en muchos contextos" concluye Krishnamurthy.