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Summary (Dec 14, 2001): La investigación hecha por científicos del Instituto Whitehead para la Investigación Biomédica ofrece visiones sobre los orígenes evolutivos de la vida.
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Traductor : Liberto Brun Compte
Publicado :2003-03-20
Temas :GENETICA,VIDA,
Artículo original en inglés
Pruebas con Acido Ribo Nucleico (ARN)
2001-12-14
Por Grupo de noticias sobre Astrobiología.
La investigación hecha por científicos del Instituto Whitehead para la Investigación Biomédica ofrece visiones sobre los orígenes evolutivos de la vida.
Basado en una nota de prensa del Instituto Whitehead MIT.
Una nueva enzima del ARN, o riboenzima, sintetizada por David Bartel, Wendy Johnson y otros colegas en el Instituto de Whitehead del MIT para la Investigación Biomédica, abre una puerta para crear un camino a suponer que pudo haber pasado en la sopa primordial sin proteínas o ADN. Desde que se describió inicialmente en la revista Science, la riboenzima de Whitehead, o catalizador de ARN, ha venido a llenar el cuadro de la evolución química inicial y de cómo se podría haber originado la vida.-
Como fue resaltado por Sydney Altman, Laureado con el premio Nobel del 1989 en su "Mundo de ARN": "Si la vida ancestral en la Tierra no comenzó sino hasta hace aproximadamente 3.5 mil millones de años, hubo, quizás, un período de 0.5 mil millones de años para probar muchas secuencias de polímeros [como ARN] que originalmente se desarrollaron a través de mecanismos no bioquímicos y que finalmente evolucionaron para lograr los primeros sistemas autoreproductores." Como descubridor del primer ARN catalizador, Altman especuló que: "ni ADN ni proteína se requirieron en un sistema primitivo si el ARN podía actuar como un catalizador."
Según Bartel, "Una pregunta fundamental acerca del origen de la vida es ¿qué clase de moléculas dio lugar a algunas de las formas de vida más primitivas?" Hasta hace dos décadas, se pensaba que el ARN actuaba como un intermediario molecular, convirtiendo ADN genético en proteínas y finalmente células. La idea de un tiempo evolutivo, cuando la vida se reprodujo sólo por ARN, pareció imposible, y lo que llegó a ser llamado "Mundo del ARN" no podría sostener reacción alguna que pudiera apoyar la evolución química inicial. Pero el descubrimiento de enzimas que no son proteínas, pero ARNs en sí mismas, mostró que el ARN es capaz de mucho más: ambos como transportador y catalizador para su propia reproducción.
Para el equipo científico, su primer desafío fue crear la enzima de ARN desde un principio en el laboratorio, y no aislarlo de la naturaleza. "Creando una continuidad de ARN es una reacción enzimática desafiante porque requiere de varias cosas que sucedan al mismo tiempo", dice Wendy Johnston, primera autora del escrito y miembro de la investigación en el laboratorio de Bartel.
Pero una vez que la ribozima fue creada, la molécula tenía que poder copiarse a sí misma a partir de bloques más simples, particularmente si las reacciones de ARN podrían servir como reactivo de autoreplicación o de evolución. El segundo desafío para el grupo de Bartel fue por consiguiente hacer muchas copias de ARN de la primera plantilla. Al encuadrar el original y moléculas de la copia sobre sí mismos, ellos probaron su fidelidad al plan original. La prueba clave demostró un 95% de exactitud.
Este nuevo hallazgo eliminó un límite encontrado en trabajos anteriores, dónde la fidelidad dependía ya fuera de la longitud de la cadena de ARN o del orden de la secuencia. "La reacción debe ser exacta incorporando nucleótidos en la plantilla base, generalmente lo bastante para que cualquier plantilla pueda copiarse, y lo suficientemente eficaz para añadir un gran número de nucleótidos ", dice Johnston. De hecho, una hélice completa de ARN, con una longitud de cadena de 14 letras clave (o nucleótidos) pudo llegar a reproducirse.
Una muestra clave para un escenario universal del ARN ya se encuentra disponible: una muestra maestra de laboratorio y una molécula copiada al 95% de semejanza de la muestra maestra, e independiente de la longitud del ARN o del orden de secuencia. Lo qué los científicos de Whitehead habían esperado -- que el ARN se reprodujese a sí mismo de maneras autosuficientes -- da alguna de la más fuerte evidencia de que al igual que los bloques de vida, el mundo del ARN pudo propagarse incluso antes del advenimiento químico del ADN y de las proteínas.
"Era un argumento clásico de que fue primero, sí el huevo o la gallina. El ARN, como el ADN, tiene la información genética necesaria para reproducirse pero necesita proteínas para catalizar la reacción. Recíprocamente, las proteínas pueden catalizar las reacciones pero no pueden reproducirse sin la información proporcionada por el ARN", dice Bartel.
Lo que había detenido los intentos anteriores a las pruebas de evolución de ensayo de moléculas era de hecho un desafío fundamental a la misma evolución, la habilidad para seleccionar a los candidatos con posibilidades de aquéllos que presentaban fallas. "Durante el proceso de selección, buscamos ARNs que puedan cambiarse a sí mismos de una manera especial. Entonces podremos separarlos del ARN que no se cambia", dice Bartel. En términos de Darwin, réplica selectiva del ARN, pero sin mutaciones extrañas, finalmente llegó a término.
Cuando el mundo del ARN fue propuesto en un principio, un debate se centró alrededor de la falta de candidatos de ARN disponibles. Hay sólo ocho riboenzimas conocidas en la naturaleza, muy pocas para realizar una selección y llevar a cabo la evolución molecular de una manera autosuficiente. Pero desde el principio en que el laboratorio de Bartel y otros comenzaron la síntesis química del ARN, el problema inverso ya se había presentado. Demasiadas mutaciones empezaron a inhibir la utilidad biológica y lo más importante, la autoreplicación. De hecho, desde 1993, cuando Bartel y Jack Szostak en la Universidad de Harvard, encontraron 65 nuevas riboenzimas de entre una búsqueda de más de 1000 billones de ARNs, el problema ha sido hacer una selección mucho más eficaz. "Cuando expusimos estas riboenzimas a una evolución de pruebas de ensayo, nos encontramos con descendientes que eran 100 veces más eficaces", dice Bartel. Así que sin las mutaciones en funciones, la eficacia molecular buscada por los colegas de Bartel ayudará finalmente a los biólogos investigadores a hacerse preguntas acerca de cómo empezó la vida en la Tierra hace más de tres mil millones de años.
¿Qué viene luego?
Antes del descubrimiento de los ARNs catalizadores, las proteínas fueron consideradas por muchos como las únicas moléculas orgánicas en la materia viviente que podrían funcionar como catalizadores. En este guión, se requieren proteínas para síntesis del ADN y ADN para la síntesis de la proteína. Sin embargo, las posibilidades intrigantes del mundo del ARN y la síntesis de nuevas riboenzimas proporcionan otro camino para la vida ancestral. Los sistemas basados en un ARN autoreproductor podrían haber existido inicialmente, y el DNA y las proteínas podrían haberse agregado posteriormente.
"Nunca podremos demostrar la existencia del mundo del ARN porque no podemos regresar en el tiempo, pero nosotros podemos examinar las propiedades básicas del ARN y podemos ver si éstas son compatibles dentro del mundo creado del ARN," dice Bartel.
Las próximas investigaciones para estos arquitectos moleculares probablemente se extenderán a más de un giro de la hélice y de una verdadera copia para conservar la integridad de su diseño del ARN a lo largo de muchas generaciones químicas.
Astroseti.org
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