La hipótesis amiloide: reescribiendo la historia del origen de la vida

La cuestión de cómo surgen los organismos vivos a partir de materia no viva sigue siendo uno de los misterios más profundos de la ciencia. A pesar de las numerosas teorías, una explicación definitiva sigue siendo difícil de alcanzar. Esto no es inesperado, considerando que estos eventos ocurrieron hace entre tres y cuatro mil millones de años, bajo condiciones de la Tierra antigua radicalmente diferentes.

Justificar hipótesis con datos experimentales.

«Durante un período de tiempo tan largo, la evolución ha borrado por completo los rastros que conducían al origen de la vida», afirma Roland Reck, profesor de química física y director asociado del nuevo Centro interdisciplinario para el origen y la difusión de la vida en la ETH Zurich. La ciencia no tiene más remedio que formular hipótesis y probarlas de la forma más completa posible con datos experimentales.

Durante años, Rick y su equipo han estado persiguiendo la idea de que los agregados similares a proteínas, conocidos como amiloides, pueden desempeñar un papel importante en la transición entre la química y la biología. El primer paso del grupo de investigación de Rick fue demostrar que tales amiloides podrían formarse con relativa facilidad en condiciones que podrían haber prevalecido en la Tierra primitiva: en el laboratorio, todo lo que se necesita es un poco de gas volcánico (más habilidad experimental y mucha paciencia). ) por simplicidad Aminoácidos Combinarse en cadenas peptídicas cortas, que luego se ensamblan espontáneamente para formar fibras.

Moléculas elementales de la vida.

Más tarde, el equipo de Rick demostró que los amiloides podían replicarse a sí mismos, lo que significa que las moléculas cumplían otro criterio crucial para ser consideradas precursoras de la vida. Ahora los investigadores han seguido la misma línea por tercera vez en su último estudio, en el que muestran que los amiloides son capaces de unirse a moléculas de ambos… ARN Y ADN.

Estas interacciones dependen en parte de la atracción electrostática, ya que algunos amiloides están, al menos en algunos lugares, cargados positivamente, mientras que el material genético lleva una carga negativa, al menos en un ambiente de neutro a ácido. Sin embargo, Rick y su equipo también observaron que las interacciones también dependen de las secuencias de nucleótidos de ARN y ADN en el material genético. Esto significa que pueden representar una especie de introducción al código genético universal que une a todos los seres vivos.

Mayor estabilidad como característica principal

Sin embargo: «Aunque vemos diferencias en cómo las moléculas de ARN y ADN se unen a los amiloides, todavía no entendemos qué significan estas diferencias», dice Rick. «Nuestro modelo probablemente sea todavía demasiado simple». Por eso considera que otro aspecto de los hallazgos es particularmente importante: cuando el material genético se une a los amiloides, ambas moléculas ganan estabilidad. En la antigüedad, esta mayor estabilidad puede haber sido una gran ventaja.

Esto se debe a que en aquella época, en la llamada sopa primordial, las moléculas bioquímicas estaban muy diluidas. Compare esto con las células biológicas actuales, donde estas moléculas están muy juntas. «Los amiloides tienen una capacidad demostrada para aumentar la concentración local y la disposición de los nucleótidos en un sistema desordenado diluido», escribieron los investigadores del RIC en su artículo publicado recientemente.

Rick señala que aunque la competencia es un elemento clave de la teoría de la evolución de Darwin, la cooperación también jugó un papel evolutivo clave. Ambas clases de moléculas se benefician de la interacción estabilizadora entre los amiloides y las moléculas de ARN o ADN porque las moléculas de larga vida se acumulan con más fuerza con el tiempo que los materiales inestables. La cooperación molecular, no la competencia, puede haber sido el factor decisivo en el surgimiento de la vida. «De todos modos, probablemente no había escasez de espacio ni de recursos en ese momento», dice Rick.

Referencia: “El análisis de las interacciones de nucleótidos y amiloide revela la unión selectiva del ARN en función del tamaño de los codones” por Saroj K. Root, Ricardo Cadalbert, Nina Schroeder, Julia Wang, Johannes Zehnder, Olivia Gump, Thomas Wiegand, Peter Guntert, David Klingler, Christoph Kreutz, Anna Knorrlein, Jonathan Hall, Jason Greenwald y Roland Reck, 2 de octubre de 2023. Revista de la Sociedad Química Estadounidense.
doi: 10.1021/jacs.3c06287