Equipo de científicos crea un sistema químico simple que imita el ADN - principal


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Un equipo de científicos de Scripps Research ha creado un nuevo análogo al ADN que se monta y desmonta sin necesidad de enzimas

Debido a que el nuevo sistema consta de componentes cuya presencia se puede esperar en un mundo primordial, podría contestar preguntas acerca de cómo podría surgir la vida.

Un anticipo del trabajo se informó en el ejemplar del 11 de junio de 2009 de Science Express, publicación de la revista Science.

Podría ser también un punto de partida en el camino a los nuevos materiales exóticos que se reparen a sí mismos o se transformen en función de su entorno.

Los científicos están desconcertados y al mismo tiempo fascinados por la cuestión de cómo podría haber surgido la vida en la Tierra.

Una de las teorías más importantes es que, antes de la aparición del ADN, las primeras formas de vida utilizaron ARN para transmitir sus códigos genéticos.

El fallecido Leslie Orgel, co-autor del nuevo documento, fue el primero en sugerir esta idea, conocido como el “mundo ARN”.

Uno de los desafíos de la teoría es que el ARN es tan complejo que todavía muchos investigadores creen que le tiene que haber precedido algo aún más sencillo.

“He estado trabajando durante años para aprender qué replicadores y sistemas genéticos podrían haber llegado antes de la llegada al mundo del ARN”, dice el líder del equipo de la nueva investigación, profesor Reza Ghadiri, un químico de Scripps Research.

Un aspecto clave para el equipo de Ghadiri fue el papel primordial que potencialmente tienen los aminoácidos. En 1996, el grupo demostró por primera vez que las cadenas de aminoácidos o péptidos pueden autoreplicarse en condiciones en las que no hay enzimas. En el presente trabajo, el laboratorio de Ghadiri extiende este enfoque mediante la creación de otro tipo de sistema de información, que podría ser capaz de algo parecido a la evolución darwiniana.

“Este trabajo es un primer paso paso hacia esa meta”, dice Ghadiri.

Simplificación de los ladrillos

Si bien gran parte de los últimos trabajos similares con el ADN, como el PNA (Peptide Nucleic Acid), se han centrado en nucleobases ya ancladas a sus unidades de soporte, Ghadiri tuvo la idea de trabajar con bloques de construcción más simples.

Si estos bloques tuviesen uniones fácilmente reversibles, a diferencia del ADN y el PNA, se podría evitar la necesidad de enzimas, pero preservarían las capacidades de ser claves de codificación de información.

Mirando hacia atrás luego del éxito de los experimentos realizados, Ghardiri dice, “Este es una de esos casos en que uno se dice a sí mismo,” ¿Por qué no pensé en esto antes? ”

El nuevo sistema implica dos tipos de componentes principales. Las unidades de soporte son péptidos unidos en un conjunto patrón con aminoácidos cisteína expuestos y disponibles para reaccionar.

Estos péptidos interactúan con las mismas nucleobases que se encuentran en el ADN, pero cada nucleobase está asociada a un compuesto orgánico que se conoce como thioester.

Esto permite que las nucleobases se puedan adjuntar o desmontar por su propia cuenta, sin enzimas, de modo que una cadena determinada de péptidos alojará una serie variable de nucleobases.

Este proceso es algo así como soldados ubicados en torno a un campo que logran una cierta formación para después pasar a una nueva.

Si se añade un segmento de ADN no abierto como plantilla a una solución con componentes tPNA, los soldados nucelobases asumirán automáticamente una formación sobre el péptido que complementa las líneas de ADN, siguiendo la norma de Watson-Crick de emparejamiento de la adenina con timina y guanina con citosina.

La cadena de tPNA complementario y la de ADN se unen, pero estos vínculos pueden ser abiertos, añadiendo a la mezcla más cadenas complementarias de ADN que compitan con el tPNA por obtener espacio en las plantillas iniciales.

Los vínculos ADN-ADN se mantienen estables, lo que hace que el tPNA recupere sus componentes inestables hasta que se añada un nuevo modelo de ADN y el proceso recomienza.

El equipo también fue capaz de demostrar que una cadena de tPNA puede actuar como un molde o plantilla, causando la formación complementaria de tPNA y apareamiento de cadenas, a pesar de que todavía no han logrado la autoreplicación del tPNA, su objetivo final.

Tentadoras posibilidades

Todos los componentes químicos del tPNA ensamblado se podrían haber encontrado en un mundo antes de que comience la vida. “Por lo tanto, es tentador pensar en la posibilidad de péptidos y ácidos nucleicos involucrados en los sistemas genéticos primordiales”, dice Ghadiri.

Sin embargo, debido a que el tPNA se puede desmontar con tanta facilidad, técnicamente las cadenas no transmiten información, y la transmisión es la manera en que el ADN lleva a la vida.

Para entender mejor el papel primordial potencial del tPNA, el equipo está estudiando ahora las formas en que se podrían transformar químicamente las unidades tPNA a fin de que en algún momento los soldados “se aferren las manos” después de lograr una cierta formación, con lo que sí se permite el traspaso de información.

El grupo también está trabajando para determinar las estructura del tPNA, que podría parecerse a la famosa doble hélice del ADN, o verse completamente diferente.

Más allá de las cuestiones sobre el origen de la vida, Ghadiri dice que surgen algunas posibilidades, distantes pero interesantes, sobre todo teniendo en cuenta que hay casi infinitas posibilidades para la creación de sistemas similares a tPNA, utilizando diferentes componentes químicos.

Estos sistemas pueden llevar a la formación de nuevas enzimas u otras sustancias químicas capaces de catalizar reacciones biomédicas o con otros usos.

“La capacidad de tener estructuras plegadas tipo ácido nucleico con características de proteína me hacen pensar en nuevas funcionalidades”, dice, aunque es imposible saber todavía cuáles podrían ser esas nuevas funcionalidades.

Ghadiri también imagina algunas opciones dignas de la ciencia ficción para el tPNA, relacionados con materiales, como plásticos que se puedan reparar ellos mismos cuando se quiebran.

Otra posibilidad, vinculada a la forma en que el tPNA se reorganiza cuando se lo expone a diferentes moldes o plantillas, sería la creación de materiales que se pueden remodelar por sí mismos de manera similar, para responder a los cambios en su entorno.

“Se puede, en principio, hacer muchas cosas, y estamos entusiasmados con las perspectivas”, dice Ghadiri. “Este es sólo el principio.”

Además de Orgel y Ghadiri, los autores del documento, titulado “Self-Assembling Sequence-Adaptive Peptide Nucleic Acids”, son Yasuvuki Ura, John Beierle, y Luke Leman, todos de The Scripps Research Institute.

Este trabajo fue apoyado en parte por el Instituto Skaggs de Biología Química, la NASA y el Space Science Fellowship Program y la Science Mission Directorate’s Planetary Science Division de la NASA.El documento está dedicado a la memoria de E. Leslie Orgel.

Fuente: News and Views. Aportado por Eduardo J. Carletti

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