Recrean en laboratorio una molécula esencial para la vida

Científicos británicos han recreado en laboratorio una molécula esencial para la vida. Eso significa que, probablemente, las moléculas básicas de la biología formaron una red de ARNs, proteínas, enzimas y cofactores, para originar los primeros organismos vivos. Y ya sabemos cómo hacerlo en un laboratorio. Un sueño que llevamos persiguiendo hace un siglo.

Hace ahora 100 años, el bioquímico soviético Alexander Oparin y el biólogo británico J.B.S. Haldane plantearon, independientemente, la hipótesis de que los océanos de la Tierra primitiva eran una especie de sopa primordial de materia orgánica formada abióticamente. En esta sopa primigenia una asociación de moléculas lipídicas formó microesferas (que llamaron coacervatos) dotadas de un metabolismo primitivo en el interior. Eran los primeros pasos del origen de la vida. Una hipótesis magnifica que era necesario probar.

Un simulador cuántico crea moléculas artificiales que se comportan como las reales

En 1953 Stanley Miller, un joven estudiante de doctorado, y Harold Urey, premio Nobel de Química, realizaron un experimento crucial en la Universidad de Chicago que demostró que bajo las condiciones de la atmósfera primitiva de la Tierra se formaba espontáneamente materia orgánica relativamente compleja.

Relámpagos, fuente de vida

En matraces (recipientes de laboratorio) que contenían los componentes de la atmósfera primitiva (vapor de agua, metano, amoníaco e hidrógeno), colocaron electrodos entre los que de vez en cuando saltaban chispas (simulando relámpagos). Los calentaron ligeramente (como habría podido ocurrir en charcas termales) y los sometieron a la acción de radiación ultravioleta (como la procedente del Sol).

Después de solo una semana analizaron el contenido del matraz. Había moléculas orgánicas complejas tales como el ácido alfa aminobutíriuco y diferentes aminoácidos (glicina, alanina, ácido asiático). Demostraron así que las moléculas inorgánicas se habían transformado en moléculas orgánicas mucho más complejas en unas condiciones similares a las de la atmósfera primitiva.

Largo camino

Desde entonces se han desarrollado numerosos experimentos en este sentido. Por ejemplo, en 1959, el bioquímico español Juan Oró obtuvo (además de aminoácidos) moléculas de adenina (una de las bases del ADN). Posteriormente sintetizaría las otras en condiciones similares a las de la atmósfera primitiva.

En 1965, el bioquímico estadounidense Sidney Fox consiguió polimerizar aminoácidos con calor formando una especie de proteínas primitivas que se agruparon en forma de microesferas que capturaban más proteiniodes del medio y finalmente se dividían.

La lista de este tipo de experimentos es enorme y cada vez se sintetizan en el laboratorio, bajo condiciones que simulan las de la Tierra primitiva, moléculas cada vez más complejas. 

Salto químico

Como culminación de todo este proceso, investigadores de la University College London (UCL), han sintetizado ahora en laboratorio la panteteína, un compuesto esencial para la vida y componente activo de la Coenzima A.

La sintetizaron también en condiciones que podrían haber existido en la Tierra primitiva, lo que sugiere que la panteteína podría haber jugado un papel crucial en los albores de la vida.

Este logro sorprende porque siempre se ha pensado que la panteteína, debido a su estructura compleja, no estaba presente en el origen de la vida.

Sin embargo, el equipo de UCL ha demostrado que es posible sintetizarla en agua a temperatura ambiente utilizando moléculas derivadas del cianuro de hidrógeno, un compuesto que probablemente era abundante en la Tierra temprana.

Vida primitiva

Este trabajo se basó en la hipótesis de que la vida primitiva habría aparecido en charcos o pequeños lagos, tal como habían supuesto Oparin y Haldane al referirse a la sopa primordial.

Los investigadores de UCL mezclaron compuestos simples, cuya presencia se sospechaba desde muy temprano en la historia de la Tierra, como el cianuro de hidrógeno, y especialmente nitrilos ricos en nitrógeno, que proporcionaban la energía para iniciar las reacciones químicas.

Según los autores de este trabajo, la secuencia de reacciones que permitieron crear la panteteína es bastante simple, lo que ofrece una nueva visión de la aparición de la vida en la Tierra.

Red de moléculas

Los especialistas en química prebiótica suelen considerar que las moléculas aparecieron por etapas, una tras otra, los ARN más simples antes que las proteínas, por ejemplo.

Pero el profesor Matthew Powner, líder del estudio de UCL, considera que la facilidad con la que se pueden formar diferentes clases de moléculas biológicas usando nitrilos lo ha convencido de que, en lugar de que la vida fuera precedida por una sola molécula como el ARN, las moléculas básicas de la biología surgieron unas junto a otras, formando una red de ARNs, proteínas, enzimas y cofactores: así se habrían originado los primeros organismos vivos.

“Este descubrimiento demuestra que muchos de los componentes básicos de la vida (proteínas, ARN y otros compuestos) podrían haberse creado simultáneamente a partir de las mismas sustancias químicas y en las mismas condiciones ambientales”, explica Powner.

El estudio, publicado en la revista Science, propone que la vida pudo haberse originado en un entorno acuático con la ayuda de aminonitrilos, moléculas energéticamente ricas y químicamente cercanas a los aminoácidos, que impulsaron las reacciones para producir panteteína.

Este descubrimiento no solo proporciona una nueva perspectiva sobre cómo podrían haberse formado las primeras moléculas biológicas, sino que también abre la posibilidad de lograr en laboratorio un compuesto complejo que es esencial para la vida, sentencia The Washington Post.

Recordando a Leduc

Y algo no menos importante: la sintetización de la proteteína en laboratorio nos aproxima a los intentos de principios del siglo pasado, protagonizados por el biólogo francés Stéphane Leduc (1853-1939), de sintetizar la vida en laboratorio a partir únicamente de principios físicos.

No ha pasado tanto tiempo desde entonces: no solo la UCL ha conseguido recrear a partir del agua una molécula esencial para la vida, sino que la biofísica alemana Petra Schwille se ha propuesto fabricar células sintéticas y averiguar qué es lo que hace que algo esté vivo y cómo surgió la vida en la Tierra.

Esta historia se remonta todavía más en el tiempo: en 2013, Paul Chaikin y Jérémie Palacci, del departamento de física de la Universidad de Nueva York, publicaron en la revista Science un artículo impactante: demostraron que formas complejas de vida se pueden formar a partir de procesos químicos y físicos… en cristales.

Aunque estos cristales no están vivos, su comportamiento imita sorprendentemente el de los seres vivos, lo que proporciona una comprensión más profunda de cómo podrían haberse formado estructuras complejas en la Tierra primitiva.

Pocas dudas caben ya, 85 años después de la muerte de Leduc, y un siglo después de la intuición de Alexander Oparin y J.B.S. Haldane, de que la física y la química son suficientes para recrear los movimientos que generan la vida en un laboratorio… y que estamos a punto de conseguirlo.

Referencia

Prebiotically plausible chemoselective pantetheine synthesis in water. Jasper Fairchild et al. Science, 22 Feb 2024; Vol 383, Issue 6685, pp. 911-918. DOI: 10.1126/science.adk4432