RNA y Origen de la Vida

Teoría científica sobre el origen de la vida

Los polinucleótidos se forman en la Arcilla de la misma forma en que lo hacen los polipéptidos. Se cree que el RNA fue la primera molécula informativa que evolucionó en la progresión hacia la primera célula. Las proteínas y el DNA vinieron después. Una de las características más sorprendentes del RNA es que con frecuencia posee propiedades catalíticas. El RNA catalítico o ribozima, funciona como enzima. En las células de la actualidad se utiliza como auxiliar en el procesamiento de los productos finales: rRNA, tRNA y mRNA. Antes de la evolución de las células verdaderas es probable que este RNA haya catalizado la formación de RNA en la arcilla o estanques rocosos poco profundos. Si se agregan bandas de RNA a un tubo de ensayo con nucleótidos de RNA, la replicación puede ocurrir en ausencia de enzimas. Esta reacción se incrementa si se agrega zing como catalizador. El lector recordara que este metal se encuentra en la arcilla.

El RNA también puede dirigir la síntesis de proteínas. Algunas moléculas de cadena sencilla de RNA se pliegan sobre si mismas por la interacción de los nucleótidos que componen la cadena. En ocasiones la conformación de la molécula plegada provoca que el enlace con los aminoácidos sea débil. Si las moléculas de RNA provocan el acercamiento entre los aminoácidos, entonces éstos pueden enlazarse entre si y dar lugar a un polipéptido.
En las células vivas, se transfiere información del DNA al RNA y de éste a las proteínas. Se ha estudiado el mecanismo probable de la evolución del RNA y de las proteínas. El último paso de evolución de las moléculas de información seria la incorporación del DNA en los sistemas de transferencia de información. Como el DNA es una doble hélice, es más estable y menos reactivo que el RNA. Sin embargo, el RNA es necesario en cualquier forma, debido a que el DNA no es catalítico.
Hay varios pasos fundamentales previos a la formación de células vivas verdaderas, a partir de agregados macromoleculares. Hoy en día se tiene poca información acerca de la forma en que esto ocurrió. Por ejemplo, ¿Cómo se originó el código genético? Ello debe ocurrido en una etapa muy temprana del origen de la vida, ya que prácticamente todos los organismos vivos poseen el mismo código. Por otro lado, podría cuestionarse la forma en que una membrana formada por lípidos y proteínas puede envolver a un complejo macromolecular, permitiendo la acumulación de algunas moléculas y la exclusión de otras.

Teoría científica del origen de la vida (Experimentos que la avalan)

Gerald Joyce, del laboratorio del Instituto Scripps en La Jolla (California), ha realizado experimentos que imitan la estrategia de la evolución darwiniana con moléculas de ARN (cadenas únicas de ácido ribonucleico). Su experimento se inspiró en el descubrimiento en 1982 de Thomas Cech, en la Universidad de Colorado, acerca del ARN. Cech descubrió que a veces el ARN puede actuar como enzima (un tipo de proteína).La función primaria del ARN en la célula es llevar instrucciones genéticas desde el núcleo de la célula, el depósito de ADN (ácido desoxirribonucleico), a las ribosomas (que fabrican las proteínas que se encargan de realizar las instrucciones). Lo que descubrió Cech es que en ocasiones un tipo de ARN, al que llamó ribozima, puede actuar como una enzima y cortar parte innecesarias de sí mismo antes de llevar el mensaje.
Joyce pensó que el ARN de tipo ribozima, igual que el ADN, puede llevar la información genética necesaria para su propia reproducción. Pero además, al contrario que el ADN -y más como una proteína- también realiza una función que podía ser alterada mediante la evolución. Esta forma versátil de ARN es lo que Joyce buscaba para su experimento.
En 1990 Joyce utilizó la ribozima original de Cech como molde, produjo 10 billones de versiones, cada una con ligeras diferencias, y provocó lo que denominaba "evolución dirigida". Esto consistía en imponer un criterio de selección , de manera que escogía las ribozimas que sabían cortar ARN y, por evolución, las ponían a hacer algo que no hacen en la naturaleza, que es cortar ADN. Para lograrlo, Joyce introdujo cadenas de ADN en tubos de ensayo llenos de ribozimas. La mayoría de las moléculas, tal como se esperaba, hicieron caso omiso del ADN, pero algunas más rebeldes mostraron más interés y acabaron por cortar las cadenas de ADN, en una proporción de una por cada millón. Las moléculas de ARN que consiguieron cortar ADN eran reconocibles por los restos de ADN que les quedaba pegados. Joyce seleccionó a los ganadores evolutivos e intentó una segunda estrategia evolutiva: multiplicar sus escasas ribozimas cortadoras de ADN.
El ARN no es un organismo vivo y no puede reproducirse sin ayuda. Para lograrlo Joyce tuvo que suministrar cuatro moléculas especializadas: dos cebadores que preparan al ARN para ser copiado y dos enzimas que aceleran el proceso de reproducción. De esta forma se obtuvieron millones de ribozimas cortadoras de ADN. Pero estas ribozimas todavía eran ineficaces cortadoras de ADN. La tercera estrategia de la evolución consistió en introducir mutaciones en los nuevos descendientes mediante enzimas reproductoras imperfectas. Estas enzimas copiaban las ribozimas pero cometiendo errores que producían moléculas sutilmente diferentes de las ribozimas originales. Muchas eran peores cortadoras de ADN, pero se obtuvieron dos que, por pura casualidad, hacían mejor el trabajo.
Joyce repitió el ciclo de selección, amplificación y mutación sucesivamente, hasta completar en dos años 27 de estos ciclos. Mientras que los antepasados eficaces necesitaban una hora para cortar ADN, las ribozimas de última generación podían hacerlo en menos de cinco minutos y lo hacían tan bien como sus antepasadas cortaban ARN. Había sido un proceso de auténtica evolución.
En un experimento posterior, Joyce trató de que sus ribozimas pudieran prescindir de una de las dos enzimas reproductoras hasta que obtuvo algo más pequeño que las ribozimas anteriores. En generaciones posteriores, estas moléculas fueron oscilando en tamaño, pero cada vez se reproducía mejor. Joyce bautizó a este ARN independiente como "minimonstruo", ya que acabó pudiendo prescindir de las cebadoras, aunque no de las dos enzimas. Cuando las ribozimas de Joyce logren evitar la dependencia de las enzimas para reproducirse el proceso químico de la evolución dirigida estará completado y se habrá imitado el mayor logro de la naturaleza, lo que la naturaleza consiguió por primera vez hace unos 3.700 millones de años con la aparición espontánea de la vida.
Dentro de unos límites, puede llegar a conseguirse que el propio ADN evolucione. Hasta ahor no se ha conseguido que el ADN actúe como una enzima, pero sí se ha logrado que interactúe con proteínas, ligándose a "interruptores de proteínas" que hacen que un gen esté activo o no.
Estos experimentos tienen fines médicos. El uso de progreso evolutivo en biotecnología permite que los científicos no tengan que prever todos los recovecos del diseño del fármaco. Las propias moléculas pueden dirigir el proceso. En una empresa de biotecnología de Colorado (Boulder), Larry Gold están haciendo que el ARN ataque por ejemlo un tipo de hormona implicado en algunos cánceres. Al fijarse al factor de crecimiento, a la hormona, y neutralizarlo, la molécula puede ayudar a prevenir la enfermedad. Es posible hacer evolucionar el ARN para prácticamente todo.
Otra conclusión de Joyce es que mutaciones que son útiles en un contexto pueden extinguirse cuando cambian las condiciones. Así una mutación entre la segunda y octaba generación disminuyó cuando empezaron a acumularse otras mutaciones más beneficiosas en otros lugares y desapareció en la undécima generación. Si este proceso dinámico e interdependiente ocurre en una minúscula molécula, la complejidad de la evolución en organismos vivos enteros es algo que apenas puede ser imaginado. Se está empezando a comprender que los rasgos evolutivos son muy dependientes unos de otros. No se puede decir que un gen hace esto y otro gen otra cosa diferente. Los genes interaccionan y están sujetos a efectos sinérgicos y excluyentes. No se sabe lo que hará en un sistema genético la inclusión o exclusión de un gen aislado, lo cual tiene importantes repercusiones para la terapia genética.