04/Ago/05

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Científicos quiebran enigma de 40 años de antiguedad, apuntando a una 'sopa caliente' en el origen de la vida

(Univ. Bath) - Una nueva teoría explica por qué el lenguaje de nuestros genes es más complejo que lo necesario y también sugiere que la sopa primordial donde comenzó la vida en la Tierra era caliente y no fría, como tantos científicos creen.

En un artículo publicado esta semana en Journal of Molecular Evolution, los investigadores de la Universidad de Bath presentan una nueva teoría que, ellos creen, podría solucionar un problema que ha preocupado a los científicos desde que descifraron por primera vez el "lenguaje" del ADN hace casi 40 años.

En 1968, Marshall Nirenberg, Har Gobind Khorana y Robert Holley recibieron un Premio Nobel por su trabajo sobre cómo se producen las proteínas a partir del código genético. Ellos descubrieron que se leen del ADN unas "palabras" de tres letras —conocidas como codones— y luego se las traduce en uno de 20 aminoácidos. Estos aminoácidos entonces se juntan y encadenan en el orden dictado por el código en el ADN y se curvan en formas complejas para formar una proteína específica.

Como el "alfabeto" del ADN contiene cuatro letras —llamadas bases— hay hasta 64 palabras de tres letras en el diccionario del ADN. Esto se debe a que, matemáticamente, sólo es posible producir 64 palabras de tres letras a partir de las combinaciones de cuatro letras.

Lo que ha preocupado a los científicos durante los últimos 40 años es por qué deberían haber 64 palabras en el diccionario del ADN si se traducen en sólo 20 aminoácidos y, principalmente, por qué ha evolucionado un proceso más complejo de lo necesario.

Docenas de científicos sugirieron teorías para resolver este enigma, pero éstas fueron desechadas rápidamente o fallaron en responder sobre otros caprichos de la síntesis de las proteínas.

"Por qué hay tantos codones más que aminoácidos es algo que preocupa a los científicos aún antes de que se descubriera cómo trabaja el código genético", dice el Dr Jean van den Elsen del Departmento de Biología y Bioquímica.

"Esto significaba que el código genético no tenía la brillantez matemática que es de esperar en algo tan fundamental como la vida en la Tierra".

Uno de caprichos del código genético es que hay grupos de codones que se traducen todos ellos al mismo aminoácido. Por ejemplo, el aminoácido leucina se puede traducir a partir de seis codones distintos mientras que algunos aminoácidos, que tienen funciones igual de importantes y se traducen en las mismas cantidades, tienen apenas uno.

La nueva teoría se basa en una idea original propuesta por Francis Crick —uno de los descubridores de la estructura del ADN—: la nueva teoría dice que el código de tres letras evolucionó a partir de uno más simple, de dos letras. Aunque Crick pensaba que esta diferencia numérica era, simplemente, un accidente "congelado en el tiempo".

Los investigadores de la universidad de Bath sugieren que en el "doblete" primordial, el código era leído de un "triplete", pero que sólo se leían activamente los dos primeros "prefijos" o los dos últimos "sufijos".

Juntando las combinaciones de esos códigos en doblete, los científicos pueden replicar la tabla de aminoácidos, lo que explica por qué algunos aminoácidos se pueden traducir a partir de grupos de 2, 4 ó 6 codones. Además pueden demostrar cómo los grupos de aminoácidos con afinidad al agua (hidrofílicos) y los que no la tienen (hidrofóbicos) emergen naturalmente en la tabla, evolucionando de codones con "prefijos" y "sufijos" que se superponen.

"Cuando usted hace evolucionar nuestra teoría desde un sistema de dobletes a un sistema de tripletes, usted obtiene una coincidencia exacta con la cantidad y gama de aminoácidos que vemos hoy", dice el Dr van den Elsen, quien ha trabajado con el Dr Stefan Babgy y Huan-Lin Wu en la teoría.

"Esta simple teoría explica muchas características no resueltas del código genético actual. Nadie fue capaz de hacer esto antes, así que estamos muy contentos".

La teoría explica, además, cómo la estructura del código genético maximiza la tolerancia al error. Por ejemplo, un "desliz" en el proceso de traducción tiende a producir otro aminoácido con las mismas características, lo que explica por qué el código ADN es tan bueno manteniendo su integridad.

"Esto es importante porque ese tipo de errores puede ser fatal para un organismo", dijo el Dr van den Elsen. "Ninguna de las teorías anteriores pueden explicar cómo se puede haber desarrollado esa estructura de tolerancia al error."

La nueva teoría deja en evidencia dos aminoácidos que se pueden excluir del sistema de doblete y que probablemente sean "adquisiciones" recientes del código genético. Como esos aminoácidos —glutamina y asparagina— son incapaces de mantener su forma a altas temperaturas, esto indica que en algún momento del pasado el calor impidió que el código los adquiriera.

Una razón posible para esto es que el Last Universal Common Ancestor (Último Antecesor Común Universal, LUCA en sus siglas del inglés), del que evolucionó toda la vida de la Tierra, viviera en una pileta sulfurosa o en un ventiladero termal. Cuando se mudó a condiciones más templadas, entonces pudo tomar esos dos aminoácidos adicionales y evolucionar para convertirse en organismos más complejos. Esto proporciona evidencia adicional para la discusión sobre si la vida emergió de una sopa primordial caliente o fría.

"Perduran reliquias de código muy simple ocultas en nuestro ADN y en la estructura de nuestras células", dijo el Dr van den Elsen, que señaló varias aminoacil-ARN-sintetasas —moléculas involucradas en la síntesis de proteínas— que sólo apuntan a pares de bases en los tripletes de codones, como otra evidencia física que apoya la teoría.

"Mientras el código evolucionaba se le hizo posible adaptarse y agregar nuevos aminoácidos. Sobre si podríamos alcanzar eventualmente una complementación total de 64 aminoácidos, no sé, un compromiso entre el vocabulario de aminoácidos y su eficacia en reducir al mínimo los errores pudo haber fijado el código genético en su formato actual".