Resumen (11 abril 2006): Químicos en la Universidad del Estado de Oregon han propuesto una teoría innovadora y controvertida sobre como las bases, supuestamente estables, del ADN pueden empujarse a un 'estado oscuro' en el cual son muy vulnerables al daño producido por radiación ultravioleta - una idea que ha desafiado algunos de los conceptos más básicos de la bioquímica moderna.





Basado en una publicación de la Universidad del Estado de Oregon.

Químicos en la Universidad del Estado de Oregon han propuesto una teoría innovadora y controvertida sobre como las bases, supuestamente estables, del ADN pueden empujarse a un 'estado oscuro' en el cual son muy vulnerables al daño producido por radiación ultravioleta - una idea que ha desafiado algunos de los conceptos más básicos de la bioquímica moderna.

El Sol es la mayor fuente de radiación para la vida en la Tierra. Créditos: NASA/ESA/SOHO

La teoría, no hace mucho tiempo rechazada como imposible por la mayoría de la comunidad científica, ha comenzado, en meses recientes, a acumular e incrementar su interés y ha sido confirmada por otros estudios.

Aunque comienza como una 'herejía' científica, estos descubrimientos podrían explicar como la presencia de agua es la clave de la evolución de vida en la Tierra, haciendo posible que la vida emerjiera de lo que una vez fue una sopa primordial hostil e imperdonable de compuestos químicos y radiación.

Cada vez más investigaciones se enfocan a esta área desde que fue publicado por los investigadores de OSU en la Revista de Química Física un estudio que demuestra la existencia de este 'estado oscuro', aun cuando otras publicaciones han rechazado repetidamente estos descubrimientos debido a que son muy radicales.

'Estos descubrimientos en nuestros estudios no encajan con los conceptos preconcebidos de la mayoría de la gente sobre como trabajan las moléculas de ADN, por lo que asumen que estamos equivocados'. Comenta Wei Kong, un profesor de química en OSU. 'Los críticos parecen muy seguros de ellos mismos, y nosotros hemos pasado muchas noches en vela'.

'Pero ya desde el verano pasado ha sido tema clave en discusiones en varias conferencias y ha ocasionado mucha excitación, a medida que la gente observa los datos', comenta Kong. 'Entre otras cosas, esto ayuda a explicar cómo el agua, o algo con el mismo papel, pudo ayudar a la evolución de la vida'.

El núcleo del debate, comenta Kong, se relaciona con el comportamiento de las bases de ácido nucleico (adenina, tiamina, guanina y citosina) que son los pares básicos A-T y G-C que conforman al ADN y en última instancia se convierten en el esquema de todas las cosas vivientes. Una de las premisas básicas de la bioquímica es que estos ácidos nucleicos básicos son muy estables, como tendría que ser para evitar mutaciones desenfrenadas y hacer posible una estructura genética organizada.

Pero estudios en la OSU, los cuales han sido hechos con una altamente sofisticada espectroscopia electrónica, mostraron que la alegada estabilidad de las bases del ácido nucleico es por mucho, un mito.

'En su forma biológica, rodeadas por otras bases con enlaces de hidrógeno, es cierto que los ácidos nucleicos que componen el ADN son estables' comenta Kong. 'Pero hemos encontrado que, los seres vivos, en su totalidad, proporcionan un entorno que crea estabilidad, mediante uniones dentro de los pares de bases y/o con las bases vecinas. Estos enlaces permiten que la energía lumínica dañina sea liberada como calor. Pero una base ADN como una molécula aislada, por si sola, no tiene esa estabilidad'.

-15)de segundo. El diagrama arriba a la derecha de la imagen representa un nucleósido en particular - adenosina. Esta molécula consiste de una base absorbente de rayos UV (mostrados en rojo) y un azúcar simple (mostrado en gris) que la enlaza al espinazo del ARN. Esta base también se encuentra en el ADN. Crédito: Universidad del Estado de Ohio." width="280"> Esta gráfica muestra la velocidad con la que la energía ultravioleta depositada en los electrones de un nucleósido es convertida en calor, siendo éste absorbido por el agua que lo rodea. Aquí, el tiempo es medido en femtosegundos, o milbillonésimos (10-15)de segundo. El diagrama arriba a la derecha de la imagen representa un nucleósido en particular - adenosina. Esta molécula consiste de una base absorbente de rayos UV (mostrados en rojo) y un azúcar simple (mostrado en gris) que la enlaza al espinazo del ARN. Esta base también se encuentra en el ADN. Crédito: Universidad del Estado de Ohio.

En un experimento convincente, los científicos de la OSU probaron el destino de los ácidos nucleicos básicos después de radiarlos con láser en el rango de la luz ultravioleta. Encontraron que las moléculas, las cuales reaccionaron con extraordinaria rapidez a los golpes de esta radiación – podrían por si mismas permanecer entre 20 y 300 nanosegundos vibrando en un inestable 'estado oscuro' en el cual fácilmente podrían mutar y no recuperarse totalmente del daño lumínico.

La duración de este estado oscuro no es mucha – un nanosegundo es una cien millonésima parte de un segundo. Pero es más que suficiente para que ocurran las mutaciones en el ADN, comenta Kong. Y la existencia del estado oscuro levanta cuestiones acerca de cómo la vida pudo siquiera surgir, dado que los portadores genéticos eran tan fácilmente mutados o destruidos durante este breve pero muy vulnerable periodo.

'Cuando las bases del ADN se estaban formando por vez primera hace cientos de miles de años, la atmósfera era demasiado hostil', comenta Kong. 'Este era un periodo anterior a cualquier protectora capa de ozono en la Tierra y la radiación ultravioleta era muy fuerte. Entonces, si las bases del ADN primordial fueron forzadas a este estado oscuro vulnerable, esto podría haber provocado grandes cantidades de daño fotoquímico que habría hecho difícil la supervivencia de estas bases, imposibilitando la futura evolución de la vida'.

Excepto por otro descubrimiento, eso es así.

De acuerdo con la investigación de la OSU, el 'estado oscuro' desaparece esencialmente en presencia de agua. Por lo que si hubo agua presente, las primeras bases de ADN hubieran podido sobrevivir y eventualmente ayudar a formar la base para formas de vida cada vez más complejas.

'En las formas biológicas modernas, no es esencial la presencia de agua para que el ADN sea estable', comenta Kong. 'Existen otros mecanismos ahora en la biología que logran esto, y los complejos procesos biológicos son posibles sin la presencia de agua. Pero en su forma más básica, ahora sabemos que las bases del ADN no son estables y son altamente vulnerables al daño inducido por los rayos ultravioleta'.

En un eucarionte, el ADN esta ubicado en el núcleo de la célula. La molécula de ADN está compuesta por dos hebras espirales helicoidales, cada una compuesta por una cadena lineal de azúcar y moléculas de fosfato. Créditos: MIT

Los descubrimientos sugieren, comenta Kong, cómo el agua pudo haber sido un compuesto absolutamente esencial para permitir a las primeras bases de ADN permanecer estables, resistir la mutación y en última instancia permitir la evolución de la vida.

Los investigadores de la OSU fueron los primeros en proponer el modelo del 'estado oscuro' y probar su existencia.

'Lo que esto nos dice realmente es que la vida es un proceso unificado', comenta Kong. 'No es solo un grupo de bases de ADN, sino que también está el entorno físico en el que existen. Mas adelante, a medida que la vida evoluciona, hubo otros medios para alcanzar la estabilidad genética. Pero, al inicio, simplemente no habría sido posible sin la existencia de agua'.