Un material alternativo sugiere que la vida puede definirse más allá del ADN

Un estudio básico, con un interés mucho más teórico que práctico, ha dado un paso adelante en la resolución de una de las preguntas básicas de la ciencia: ¿cómo se replicaron y ensamblaron las primeras moléculas en los inicios de la vida? Según señala en Science el equipo de Philipp Holliger, la biología podría no basarse exclusivamente en el ADN y el ARN.

José A. Plaza | 08/05/2012 00:00

La labor de sólo dos polímeros, el ADN y el ARN, es suficiente para el almacenamiento y procesamiento de la información genética. Pero más allá de esta afimación, lo que no está tan claro es si sus funciones reflejan tanto la evolución como las limitaciones funcionales básicas de la vida. Parte de este interrogante ha quedado desvelado gracias al trabajo de un equipo de investigadores del Laboratorio MRC de Biología Molecular, en Cambridge (Inglaterra).

Uno de los autores se pregunta: "Si un sistema genético no tiene por qué basarse en el ADN y el ARN, ¿qué es lo que se define como vida?"

Philipp Holliger, investigador principal, demuestra en el estudio que el uso del diseño evolutivo de la polimerasa ha permitido demostrar cómo puede ser almacenada y recuperada la información genética a partir de seis polímeros genéticos alternativos basados en arquitecturas sencilla de ácidos nucleicos no presentes en la naturaleza. Estos elementos se conocen como ácidos xenonucleicos (XNA).

Evolución darwiniana

El equipo de Holliger, que ha publicado sus hallazgos en Science, se ha basado también en la selección de aptámeros, capaces de unirse a sus dianas con una alta afinidad y especificidad (ver DM del 14-VII-2010). Los resultados señalan que, más allá de la heredabilidad, los XNA específicos tienen capacidades vinculadas con la evolución darwiniana y pueden organizarse en estructuras bien definidas.

En definitiva, los investigadores señalan que la heredabilidad y la evolución, dos de las principales características de la vida, no están limitadas al ADN y al ARN: son propiedades emergentes en los polímeros capaces de almacenar información. Hay más formas de contarlo: como alternativa a a estos dos ácidos, el equipo de Holliger ha creado un material genético artificial capaz de almacenar datos y de evolucionar generación tras generación de forma similar a como lo hace el ADN. La medicina y la biotecnología se frotan las manos, aunque con prudencia, en torno a un hallazgo que puede abrir nuevas vías de estudio y arrojar luz sobre uno de los misterios de la vida: ¿cómo se replicaron y se ensamblaron las primeras moléculas hace millones de años?

Al cambiar la ribosa y la desoxirribosa (las 'd' y 'r' del ADN) por otras moléculas, los XNA son capaces de formar una doble hélice con el ADN y permanecen establesNo hay imperativos científicos que digan que la genética o la biología de sistemas deban ba

Genética biosintética
La creación de vida en laboratorio es un reto que no deja de ganar peso. Una de las vías para lograrlo es el desarrollo de formas alternativas de ADN, y ha sido la elegida por Holliger y su grupo, que se han embarcado en un complejo proceso biosintético. El proceso base consiste en cambiar la ribosa y la desoxirribosa (las letras 'd' y 'r' del ADN) por otras moléculas; según han determinado, los XNA son capaces de formar una doble hélice con el ADN y, además, permanecen más estables que el material genético original.

A lo largo del proceso, los investigadores provocan la unión de uno de los XNA a una proteína, un hecho que podría significar que los polímeros pueden ser empleados como anticuerpos farmacológicos.

Los autores quieren alejarse de dogmas concernientes al ADN y al ARN: Holliger cree que "no hay imperativos científicos que digan que la genética o la biología de sistemas deban basarse en estos dos ácidos nucleicos".

¿Vida extraterrestre?
Por su parte, Vitor Pinheiro, coautor del trabajo, intuye que la investigación puede mejorar el conocimiento de por qué ambos ácidos han sido tan cruciales en la evolución de la vida; va más allá e, incluso, señala que sus hallazgos podrían ser útiles en la búsqueda de organismos extraterrestres: "Si un sistema genético no tiene por qué basarse en el ADN y el ARN, ¿qué es lo que se define como vida?".
(Science 2012; 336 (6079): 341-344)

ORGANISMOS SINTÉTICOS

En un artículo que acompaña a la publicación del estudio coordinado por Holliger, Gerald Joyce, del Instituto de Investigación Scripps de La Jolla, en California, señala que esta investigación lidera la era de la genética sintética: "La labor de Holliger y su equipo se integra, además, en la exobiología, la biotecnología y la comprensión de la vida en sí". Joyce cree que la construcción de una genética de sistemas basada en plataformas alternativas bioquímicas podría conducir, finalmente, "a la síntesis de nuevas formas de vida". No son pocos los que persiguen este objetivo. Uno de los más conocidos es Craig Venter, que lleva tiempo buscando crear organismos sintéticos partiendo de cero. Aun así, la mayoría de intentos en la comunidad científica internacional se están llevado a cabo partiendo de ADN convencional. Lógicamente, no todo son luces: Joyce avisa de los peligros de la genética sintética: "No debemos penetrar en áreas capaces de dañar nuestra biología".

ANÁLISIS ESTADÍSTICOS DE POLIMERASAS PolB

Los investigadores se valieron de una secuencia alineada de 671 polimerasas de familia B no redundantes. La distribución de valores covariables que se obtuvo les permitió estudiar una distribución en la que existen residuos altamente significativos y altamente conservados, que aparecen definidos en la estructura de 1TGO, 4AIL (complejo ternario de la ADN polimerasa Pfu) y en 3MAQ (polímero II relacionado con E. coli). La imagen inferior muestra la organización jerárquica de los residuos identificados por SCA en covariación con I521.