Desde los laboratorios del Instituto de Investigación Scripps nos llegan noticias de un nuevo avance relacionado con el apasionante reto de explicar los procesos que hicieron posible que la vida surgiera en la Tierra primigenia.

"Evolución acelerada" in vitro convierte a una enzima de ARN en otra de ADN
Por Eric Sauter

El reciente estudio llevado a cabo por el profesor Gerald F. Joyce, nos da una instantánea contemporánea del modo en que la vida, tal y como la entendemos, pudo haber evolucionado en un principio.

Científicos del Instituto de Investigación Scripps (SRI) han transformado con éxito una enzima de ARN (ribozima) en una enzima de ADN (desoxirribozima) a través de un proceso de evolución acelerada in vitro. La conversión molecular o transferencia tanto de la información genética como de la función catalítica entre estos dos sistemas genéticos diferentes, aunque en ambos casos basados en moléculas del tipo de los ácidos nucleicos, es exactamente lo que muchos científicos creen que ocurrió durante los primeros períodos de la existencia de la Tierra.

Esta “conversión evolutiva” nos aporta a día de hoy una instantánea del modo en que la vida, tal y como la entendemos, pudo haber evolucionado por primera vez a partir de una mezcla de moléculas primordiales de ARN (lo que algunos denominan el “mundo pre-ARN”) que dieron lugar a formas más complejas basada en ARN (o el “mundo ARN”) y finalmente en vida celular basada en ADN y proteínas. Los ácidos nucleicos son moléculas grandes y complejas que almacenan y transportan la información genética, pero que también funcionan como enzimas.

A pesar de que la transferencia de secuencias de información entre dos clases distintas de moléculas tipo ácido nucleico (por ejemplo entre ARN y ADN) es sencillo porque se basa en una correspondencia una a una de la doble hélice emparejada; transferir la función catalítica es significativamente más difícil ya que la función no puede transmitirse secuencialmente. El presente estudio demuestra que la “conversión evolutiva” de la enzima de ARN en una enzima de ADN con la misma función es posible, aunque para ello se deba, sin embargo, pasar a través de la adquisición de unas pocas mutaciones críticas.

Una versión de avance del estudio está ya disponible en la revista on line Chemistry & Biology.

Gerald F. Joyce, profesor del SRI y miembro del Instituto Skaggs de Biología Química, en cuyo laboratorio se realizó el estudio, dijo: “Durante la vida primigenia en la Tierra, se pensaba que tanto la información genética como la función catalítica residían solo en el ARN. En nuestro estudio, la transición evolutiva desde una enzima de ARN a una enzima de ADN representa un cambio genuino, y no una simple expansión de las bases químicas para la función catalítica. Esto quiere decir que caminos evolutivos similares han podido existir entre otras clases de moléculas del tipo ácido nucleico. Estos hallazgos podrían ayudarnos a responder algunas de las cuestiones fundamentales relacionadas con la estructura básica de la vida y el modo en que esta evolucionó a lo largo del tiempo”.

Tal y como Francis Crick, el premio Nóbel que junto a James Watson descubrió la estructura de doble hélice del ADN, articuló en 1970, todos los organismos conocidos operan de acuerdo al dogma central de la biología molecular: que la transferencia de información genética secuencial avanza desde el ácido nucleico hasta el ácido nucleico, y desde el ácido nucleico hasta la proteína. Pero con la transferencia de la función catalítica se da un situación muy distinta, que no ocurre secuencialmente en la biología contemporánea. El nuevo estudio demuestra que la función catalítica puede transmitirse secuencialmente entre dos moléculas diferentes basadas en ácidos nucleicos, lo cual sugiere el modo en que podría haberse transferido partiendo de moléculas pre-ARN hasta el ARN durante el período más simple, el del mundo pre-ARN.

Existen varios candidatos para la molécula inicial pre-ARN, todos los cuales poseen la habilidad de formar estructuras base pareadas consigo mismas y con el ARN. El emparejamiento cruzado permitiría la transferencia de información genética desde estas moléculas pre-ARN hasta el ARN. La función catalítica de estas enzimas primigenias podría haberse transferido a la enzima correspondiente de ARN a través de la adquisición de unas pocas mutaciones críticas, dice el estudio, del mismo modo en que los cambios evolutivos de una ribozima a una desoxirribozima, con la misma o similar función catalítica, podría también haber ocurrido a través de mutaciones aleatorias y de selección.

Para el estudio, se convirtió una ribozima de ARN en su correspondiente desoxirribozima a través de evolución in vitro. Primero se preparó a la ribozima en forma de molécula de ADN con la misma secuencia de ARN pero con una actividad catalítica no detectable. Se programó un gran número de variaciones al azar para este ADN, y se llevaron a cabo ciclos repetidos de evolución in vitro. El resultado fue una desoxirribozima con un nivel de actividad catalítica aproximadamente similar al de la ribozima original.

“El uso de la evolución in vitro aporta los medios para convertir una ribozima en su correspondiente desoxirribozima de manera rápida”, comentó Joyce. “En el laboratorio, estos procedimientos nos permiten efectuar evolución de múltiples generaciones en tubos de ensayo. Las moléculas resultantes poseen propiedades catalíticas interesantes que nos enseñan algo nuevo acerca de la evolución, y tienen aplicaciones potenciales como agentes terapéuticos y de diagnóstico”.

Otros autores que han colaborado en el estudio son Natasha Paul y Greg Springsteen. El estudio fue financiado por la NASA, el Instituto Nacional de Salud y los laboratorios de investigación Johnson & Johnson.

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Fuente noticia: Instituto de Investigación Scripps

Traducido por Miguel Artime para