El ARN catalítico — un catalizador indigno de una discusión seria acerca del origen de la vida

Durante las últimas décadas, la búsqueda de la vida extraterrestre ha sido un punto focal de la exploración del espacio. Mientras la idea de seres extraterrestres en busca de nuevos planetas habitables sigue generando polémica en los círculos científicos y religiosos, más recientemente con la conferencia de astrobiología de la Pontificia Academia de las Ciencias (1), una serie de investigaciones contemporáneas se ha centrado en los organismos unicelulares primitivos (2). Astrobiólogos como Richard Hoover afirman confiados que la vida primitiva existe fuera de nuestra propia tierra (3-4). Desde que la nave espacial de la NASA Galileo pasó en 1998 cerca de Europa, la luna de Júpiter, muchos consideran más que probable la existencia de bacterias en esta helada luna (5-6).

La noción de que la vida podría desarrollarse así sin más allí donde se encuentran las condiciones ambientales apropiadas exige desde luego un gran salto de fe. Es una noción que pasa por alto una multitud de factores críticos, sobre todo el origen de alguna clase de material genético codificante. Stephen Mojzsis, de la Universidad de Colorado, presentaba la analogía de que el hecho de que haya un escenario en un teatro no significa que los actores están presentes y listos para desempeñar sus papeles respectivos (7). ¿Qué procesos habrían tenido que darse para llevar a una mezcla de compuestos químicos al nivel requerido de funcionalidad mínima sobre la que pudiera empezar a actuar la selección natural darwinista?

El paleontólogo Niles Eldredge capturó la relevancia de esta pregunta en su discurso sobre los ritmos evolutivos, con su observación de que «hay una enorme diferencia entre una colección de moléculas orgánicas incapaces de captar la energía necesaria para catalizar su propia replicación, y un sistema organizado que posee exactamente esta capacidad» (8). Destacados pensadores, como el biofísico Paul Davies, sostienen la idea de que la vida surgió precisamente porque consiguió «liberarse de los grilletes de las leyes físicas y del mundo determinista, algorítmico» (9). Davies concluye que una aleatoriedad inicial es la única manera por la cual podríamos haber llegado a la complejidad biológica especificada que encontramos en la vida coetánea (9). No obstante, ¿como hubieran podido conseguir alcanzar tales actividades unos polímeros moleculares carentes de cualquier actividad funcional, solamente por medio de acontecimientos aleatorios?

En los últimos veinte años han surgido varias pistas de interés en el ámbito del ARN catalítico.  Experimentos realizados a finales de los años 80 y 90 revelaron que ciertos tipos de ARN tenían actividades catalíticas intrínsecas (10). Bioquímicos renombrados en el estudio del ARN como Tom Cech, Dan Hershlag, Luc Jaeger y Anne Marie Pyle proporcionaron detalles clave sobre los procesos que llevan al ARN a doblarse en formas catalíticamente activas (10-12). Con la demostración de sus capacidades enzimáticas y de soporte de información, el ARN surgió como un candidato favorito en la búsqueda de la molécula que pudiera haber dado el saque de salida del comienzo de la vida (13). El mensaje promulgado por los partidarios del «mundo del ARN» era que, mediante una selección natural darwinista, las mutaciones pudieron haber producido actividades catalíticas que se fueron mejorando a través de generaciones sucesivas de replicación (13).

Probablemente para disgusto de los proponentes de la famosa hipótesis sobre el «mundo de ARN», el químico de Duke University David Deamer, junto a otros, desacreditó convincentemente dicha hipótesis, fundándose en que los procesos necesarios para la formación de biopolímeros habrían sido sumamente ineficaces en una tierra sin vida. Sus conclusiones resultaron contundentes:

«Está claro que sería difícil llegar directamente a un mundo de ARN (o también a su precursor molecular) a partir de compuestos orgánicos disueltos en un océano global (Joyce, 1991). Incluso si hubiese la posibilidad de generar nucleótidos químicamente activados capaces de polimerizarse y de formar ARN en solución, en ausencia de algún mecanismo que los concentrase se encontrarían sumamente diluidos, y no podrían haberse dado ningunas otras reacciones … [Dichas] ineficacias inherentes parecen ser inconsecuentes con ir más allá de las etapas iniciales de la generación de monómeros y quizá de unos polímeros aleatorios.» (13)

Mis propias investigaciones durante mi estancia en la Universidad de Estrasburgo, en Francia, sirvieron para consolidar mi propio escepticismo sobre el papel del ARN en el origen de la vida (14). Usando algoritmos que simulan los pliegues de ácidos nucleicos, trabajé con otros para diseñar unas especiales moléculas  catalíticas de ARN llamadas ribozimas, que identificaban de manera muy específica secuencias de ARNm dentro de la célula y las cortaban (véase la figura abajo; Ref 15). Como pronto descubrí, estas «tijeras» moleculares no sólo tenían que cumplir unos estrictos criterios en sus secuencias para poder discriminar entre los ARNs adecuados y los no deseados, sino que también tenían que ser lo suficientemente cortas para liberarse de sus productos de reacción y quedar disponibles para otras rondas de cortes (16). Este último punto es de suma importancia si el ribozima ha de exhibir la capacidad de catalizar repetidas veces una determinada reacción (17).

FIGURA: Gel de poliacrilamida 12% exhibiendo: Carriles 1,3- ARN objetivo; Carriles 2,4- ARN ribozoma; Carriles 5-7- Curso temporal de la digestión del ribozima in vitro (obsérvense los productos de escisión en la mitad inferior del gel).

Difícilmente se podría decir que mi meticuloso diseño de unos ribozimas representa de manera realista el proceso de selección darwinista.  Si yo no hubiese escogido mis secuencias con todo cuidado, no habría obtenido los efectos deseados al introducir estos ARN en el interior de las células. Mis propios resultados se hacían eco de las conclusiones del biólogo estructuralista Thomas Creighton, que comentaba que «la dificultad fundamental con el panorama del mundo del ARN es que es difícil explicar cómo dichas moléculas se hubieran podido sintetizar en una sopa primordial» (18).

En tanto que diversos equipos científicos han demostrado diversos tipos de actividad ribozimática incluyendo la formación de enlaces péptidos y la ligadura de ARN, el campo de tales actividades palidece frente al extenso repertorio de funciones proteínicas conocidas (19). Así, ¿en qué medida podemos considerar suficiente el ARN catalítico para la formación de componentes que pudieran posteriormente ensamblarse para constituir las formas más simples de vida? Por otra parte, la realización de tales actividades en el laboratorio sólo es posible guiando deliberadamente estas moléculas de ARN hacia puntos funcionales predeterminados (19, 20).

Escribiendo en los años 70, el zoólogo Richard Dawkins compuso el siguiente «réquiem a la causalidad natural»;

«[La sopa primordial] debe haber estado poblada por variedades de moléculas estables, estables en el sentido de que o bien las moléculas naturales duraban mucho tiempo, o bien de que se replicaban rápidamente, o de que se replicaban con precisión. Las tendencias evolutivas hacia estas tres clases de estabilidad ocurrieron de la siguiente manera: si hubiésemos tomado muestras de esta sopa en dos momentos diferentes, la muestra posterior habría contenido una fracción más elevada de variedades moleculares con alta longevidad/fecundidad/fidelidad de copia. Esto es esencialmente lo que quiere decir un biólogo cuando está hablando de seres vivos, y el mecanismo es el mismo —la selección natural.» (21)

Han transcurrido treinta años y sigue sin haber carne en los huesos de los peregrinos ensueños de Dawkins. Desde el punto de vista del mundo de ARN, sigue sin convencerme en absoluto.

Agradecemos a Santiago Escuain por su valuosa ayuda en la traducción del texto

Literatura Citada

1. Tom Chivers (2009) The Vatican Joins The Search For Alien Life, Véase http://www.telegraph.co.uk/science/space/6536400/The-Vatican-joins-the-search-for-alien-life.html

2. David Malin (2004) Heaven and Earth: Unseen by the Naked Eye, Phaidon Press, Reino Unido 2004, p. 284

3. Kate Tobin (2009) Extremophile Hunter: The search is on for extremophiles that may provide insights about life elsewhere in the cosmos, Véase http://www.nsf.gov/news/special_reports/science_nation/extremophile.jsp

4. Jeff Hecht (2001) Life will find a way, New Scientist, 17 marzo 2001, p. 4

5. Patrick Barry (2009) A Tale Of Planetary Woe, Véase http://science.nasa.gov/headlines/y2009/06nov_maven.htm?list207640

6. Clues To Possible Life On Europa May Lie Buried In Antarctic Ice (1998) Véase http://science.nasa.gov/newhome/headlines/ast05mar98_1.htm

7. Stephen Mojzsis habló acerca del origen de la vida en un documental de NOVA que se emitió en la cadena PBS el 28 de septiembre de 2004, titulado «Origins: How Life Began».

8. Niles Eldredge (1987) Life Pulse: Episodes From The Story of The Fossil Record, Facts On File Publications, Nueva York, p. 30

9. Paul Davies (1999) The Fifth Miracle, The Search for the Origin and The Meaning of Life, Simon & Schuster, New York, pp. 250-257 (Hay edición en español, Paul Davies: El quinto milagro,  Planeta-De Agostini, Barcelona 2004.

10. T. R. Cech and D. Herschlag (1997) Group I Ribozymes: Substrate Recognition, Catalytic Strategies and Comparative Mechanistic Analysis, Nucleic Acids and Molecular Biology, Vol 10 pp. 1-17

11. L. Jaeger, F. Mitchel, E. Westhof (1997) The Structure Of Group I Ribozymes, Nucleic Acids and Molecular Biology, Vol 10 pp. 33-51

12. A.M. Pyle (1997) Catalytic Reaction Mechanisms and Structural Features of Group II Intron Ribozymes, Nucleic Acids and Molecular Biology, Vol 10 pp. 75-107

13. David Deamer, Jason Dworkin, Scott Sandford, Max Bernstein, Louis Allamandola (2002) The First Cell Membranes, Astrobiology, Vol 2 pp. 371-381

14. Robert Deyes (1998) Observaciones inéditas, Trabajo realizado en LPCCNM-UPRES 2308, Faculté De Pharmacie, Université Louis Pasteur, Illkirch, Francia

15. Michael Zuker (2003) Mfold web server for nucleic acid folding and hybridization prediction, Nucleic Acids Res, Vol 31 pp. 3406-15 (es una versión actualizada de la que empleé en mi investigación)

16. Daniel Herschlag (1991) Implications Of Ribozyme Kinetics For Targeting The Cleavage Of Specific RNA Molecules In Vivo: More Isn’t Always Better, Proc. Natl, Acad, Sci. USA, Vol 88 pp. 6921-6925

17. Thomas Creighton (1993) Proteins, Structure and Molecular Properties, W.H. Freeman and Company, Nueva York, p. 387

18. Ibid, p.107

19. Michael P. Robertson y William G. Scott (2007) The Structural Basis of Ribozyme-Catalyzed RNA Assembly, Science, Vol. 315 pp. 1549-1553

20. Gordon C. Mills y Dean Kenyon (1996) The RNA World: A Critique, Origins & Design 17:1, See http://www.arn.org/docs/odesign/od171/rnaworld171.htm#note4

21. Richard Dawkins (1989) The Selfish Gene, 2nd Ed, Oxford University Press, Oxford, Reino Unido, p. 18

About these ads

Una respuesta to “El ARN catalítico — un catalizador indigno de una discusión seria acerca del origen de la vida”

  1. A Walk Through Nature Part III: Catalytic RNA Unworthy Of Discussion | Uncommon Descent Says:

    […] the call for a fresh perspective on scientific discourse. The third installment can be found at: Paseos Por La Naturaleza: El ARN catalítico — un catalizador indigno de una discusión seria acerca del origen de […]

Deja un comentario

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión / Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión / Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión / Cambiar )

Google+ photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google+. Cerrar sesión / Cambiar )

Conectando a %s


Seguir

Recibe cada nueva publicación en tu buzón de correo electrónico.

A %d blogueros les gusta esto: