Muestran una forma en la que el ARN y los aminoácidos podrían haber empezado a relacionarse en el origen de la vida

Este es un trabajo químicamente elegante, sólido, cuidadosamente elaborado, como es habitual en el grupo de Powner. Una muestra de cómo con buena financiación se pueden hacer buenos trabajos.  

Lo primero que hay que decir es que este trabajo no "resuelve" el problema del origen de la vida en absoluto. Tampoco resuelve el problema del origen del ribosoma o el origen de la síntesis proteica biológica. 

Más bien, abre más preguntas. El trabajo nos muestra una ruta química, no biológica, para conectar aminoácidos a ARN, la molécula clave de la vida. Esta conexión es esencial en la vida tal como la conocemos, pues es lo que inicia la biosíntesis de proteínas en los ribosomas celulares. En el trabajo lo consigue de un modo simple, sin necesidad de la compleja maquinaria enzimática, utilizando la química de los tioles y tioésteres, derivados de azufre, de los aminoácidos.   

Aparentemente esto podría solucionar la paradoja bioquímica en la que se necesitan proteínas y ARN para obtener los peptidil-ARN que dan lugar a nuevas proteínas, lo que crea la cuestión de cómo se inició este ciclo, similar a la clásica paradoja del huevo y la gallina.   

La principal limitación es su implausibilidad geoquímica y prebiótica. A pesar de tratar de conectar la unión de ARN a los aminoácidos con precursores plausibles —como los aminonitrilos — y condiciones ambientales suaves, el proceso es complejo, requiere condiciones cuidadosamente controladas y la concurrencia precisa de algunos reactivos y a unas concentraciones poco probables en un ambiente prebiótico. Por ello, esta ruta, a pesar de su elegancia, en mi opinión es improbable en condiciones naturales.  

Además, el trabajo se enmarca en un marco teórico bien definido: que un ARN complejo tuvo un origen prebiótico directo y que la síntesis peptídica impulsada por el ARN podría haber sido previa a la evolución de la subunidad mayor del ribosoma. Esto es muy discutido actualmente.  

Independiente del marco teórico en el origen de la vida, el resultado es una prueba de concepto que nos muestra que no es necesario un control enzimático y estructural complejo y preciso para formar un aminoacil-ARN, ya que este se forma fácilmente en la misma posición que su equivalente biológico, con un aminoácido activado en forma de tioéster y un ARN de doble hebra. Esto sugiere que, una vez establecidas las estructuras y condiciones básicas, el ciclo de síntesis de péptidos podría arrancar fácilmente.  

Ya se han sugerido otras estrategias en este punto, con un marco teórico similar, por lo que este trabajo no es un gran avance en la comprensión del origen de la vida. Pero aun así es sumamente interesante, no solamente en el aspecto químico, ya que confirma que la unión del mundo de los péptidos y proteínas y el mundo del ARN, necesaria para que arranque la vida, es químicamente posible de modo relativamente simple. 

Este artículo me parece muy relevante y me ha gustado mucho. Es de gran calidad, como todos los publicados por el grupo de Matthew W. Powner, a quien tengo el placer de conocer. El tema planteado es fundamental dentro de la investigación sobre la transición entre la química y la biología, los métodos experimentales empleados —tanto para la síntesis como para el análisis de los productos— son muy elegantes, y los resultados obtenidos resultan claros.  

Sin duda, merece su publicación en la revista Nature. De todos modos, el hecho de que haya pasado casi un año desde su envío hasta su aceptación indica que el proceso de revisión por pares ha sido realmente exigente y minucioso. Este va a ser un trabajo muy leído y citado por toda la comunidad internacional de científicos que trabajamos en temas relacionados con el origen de la vida. 

Este trabajo se enclava en una de las temáticas más relevantes de la ciencia actual: la investigación sobre el origen de la vida. En concreto, está enfocado a la época que conocemos como “Mundo ARN”, que pudo estar operativo hace unos 4.000 millones de años. Esa habría sido la etapa intermedia entre las reacciones de química prebiótica de sistemas y la aparición de las células “modernas” que ya tenían establecido el flujo de información genética en sentido ADN-ARN-Proteínas.  

Según el modelo del Mundo ARN, el genoma de las protocélulas que estaban evolucionando sería de ARN, y algunas moléculas cortas de ARN con capacidades catalíticas —denominadas “ribozimas”— realizarían las funciones bioquímicas necesarias para establecer un metabolismo primitivo. En la versión actualmente aceptada de este modelo, las ribozimas estarían probablemente ayudadas por polímeros cortos de aminoácidos —péptidos— que se habrían formado abióticamente, por moléculas orgánicas de pequeño tamaño, e incluso por ciertos minerales o cationes metálicos. 

Dentro de este contexto, en el trabajo de Singh et al. se plantea cómo pudieron originarse los ARN de transferencia (ARNt) por unión de un aminoácido activado a una molécula de ARN —proceso llamado “aminoacilación”—. Este es un paso que se requería antes del origen de la traducción a proteínas de la información genética contenida en el ARN. El reto principal era que hasta ahora no se había podido lograr esa aminoacilación selectiva de ARN en agua. 

En el artículo se demuestra que los aminoacil-tioles o tioésteres de aminoácidos —es decir, aminoácidos unidos a grupos con azufre—, de al menos 15 de los 20 aminoácidos presentes en las proteínas, pueden enlazarse eficientemente con el ARN en agua y a pH neutro, sin requerir la acción de enzimas catalíticas. Además, también se obtienen resultados claros a favor de la polimerización de aminoácidos a partir de uno ya unido al ARN, con la consiguiente formación de peptidil-ARNs.  

En el trabajo, utilizando una química sencilla, inspirada en la bioquímica actual —dada la implicación de la coenzima A en la formación de tioésteres— y compatible con las condiciones prebióticas, los autores dan una respuesta plausible a dos de las preguntas fundamentales en la síntesis de proteínas a partir del ARN, algo que la naturaleza tuvo que resolver antes de la aparición de los ribosomas: la formación del aminoacil-ARN y la de los peptidil-ARN. 

El artículo está bien fundamentado y los resultados se exponen con claridad, por lo que no se detectan limitaciones que deban tenerse en cuenta.  

Eso sí, como ocurre con los hallazgos relevantes, esta investigación da pie a preguntas nuevas, que —según los propios autores han declarado— van a ser abordadas en los siguientes artículos del grupo. Una de las más interesantes es cómo podría lograrse una aminoacilación específica entre cada aminoácido y una secuencia concreta del ARN, lo que permitiría la síntesis de 20 aminoacil-ARNt diferentes, y supondría un posible origen del código genético.