MASSACHUSETTS, 29 Nov. (EUROPA PRESS) -
Investigadores del Hospital General de Massachusetts (MGH) que trabajan para crear "protocélulas", células primitivas sintéticas que consisten en una cadena de ácido nucleico encerrada en un compartimiento en la membrana, han logrado un importante paso hacia su objetivo.
En la edición de este jueves de 'Science', los expertos describen una solución a lo que podría haber sido un problema crítico: la incompatibilidad potencial entre un requisito químico de la copia del ARN y la estabilidad de la membrana de la protocélula.
"Por primera vez, hemos sido capaces de hacer copias de ARN enzimático dentro de las vesículas de ácidos grasos", resume Jack Szostak, del Departamento de Biología Molecular del MGH y el 'Center for Computacional and Integrative Biology'.
"Hemos encontrado una solución a un problema de larga duración en el origen de la vida celular: la copia química del ARN requiere la presencia del ion de magnesio Mg 2 +, pero altos niveles de Mg2 + pueden romper las simples membranas de ácidos grasos que, probablemente, rodeaban las primeras células vivas".
El equipo de Szostak ha estado trabajando durante más de una década para comprender cómo las primeras células desarrolladas a partir de un "caldo original" de sustancias químicas en los organismos vivos fueron capaces de copiar su material genético y redproducirse. Parte de este trabajo se desarrolla en un modelo de protocélula hecha de componentes probablemente presentes en el ambiente primitivo de la Tierra.
Estos expertos han logrado un progreso significativo hacia el desarrollo de las membranas celulares del tipo de ácidos grasos que habrían sido abundantes y que se unen en vesículas como burbujas cuando se concentran en el agua. Pero el componente genético, una molécula de ARN o ADN capaz de replicarse, ha estado desaparecido.
Dado que el ambiente primitivo en el que dichas células podrían haberse desarrollado no habría tenido la clase de enzimas complejas que las células modernas usan para replicar ácidos nucleicos, Szostak y otro de los autores, Katarzyna Adamala, entonces un estudiante graduado en el laboratorio de Szostak, investigaron si un simple proceso químico podría conducir a la replicación no enzimática de ARN, que muchos científicos creen que fue el primer ácido nucleico que se desarrolló.
Para hacer frente a la incompatibilidad entre la necesidad de Mg2 + para el conjunto de accionamiento de la molécula de ARN y la capacidad del ión de degradar las membranas de ácidos grasos, probaron varios quelantes, moléculas pequeñas que se unen fuertemente a los iones de metal, por su capacidad para proteger las vesículas de ácidos grasos de los efectos potencialmente desestabilizadores de Mg2 +. Así, se vio que citrato y varios otros quelantes son eficaces en la protección de las membranas de las disrupciones de los ácidos grasos de las vesículas.
Posteriormente, los investigadores colocaron moléculas de cadenas de ARN cortas a plantillas de ARN más largas en vesículas de ácidos grasos. La porción no unida de una sola cadena consistía en una secuencia de nucleótidos de citosina (C). En presencia de Mg2 + y una de las cuatro moléculas quelantes, una de ellas el citrato, los científicos añadieron entonces G activado, el nucleótido con un par de bases C en ácidos nucleicos.
La reacción deseada, la difusión de nucleótidos G a través de la membrana de la vesícula para completar una molécula de ARN de doble cadena a través de la unión a los nucleótidos C de la plantilla, sucedió más rápido en presencia de citrato. De hecho, dos de los otros quelantes probados impidieron completamente la extensión de la base de ARN.
"Mientras que otras moléculas pueden proteger las membranas contra el ion de magnesio, no dejan que la química del ARN continúe. Creemos que el citrato es capaz tanto de proteger las membranas como de permitir la copia de ARN para proceder a cubrir sólo una cara del ion de magnesio, protegiendo la membrana al tiempo que permite a la química de ARN trabajar", explica Szostak, coganador del Premio Nobel 2009 de Fisiología o Medicina por su contribución al descubrimiento de la enzima telomerasa.