Durante mucho tiempo, las personas se han preguntado cómo empezó la vida después de la formación de la Tierra hace miles de millones de años. Ahora, químicos han desvelado parcialmente la receta al crear un compuesto complejo esencial para toda vida, en un laboratorio.
Al igual que al hacer los ingredientes de un pastel, los investigadores han creado con éxito un compuesto crítico para el metabolismo en todas las células vivas, esencial para la producción y regulación de energía. La ruta, que ha eludido a los científicos durante décadas, involucró moléculas relativamente simples que probablemente estuvieron presentes en la Tierra primitiva que se combinaron a temperatura ambiente durante meses.
El descubrimiento brinda apoyo a la idea de que muchos componentes clave para la vida podrían haberse formado simultáneamente al principio y combinarse para hacer células vivas.
“¿Por qué tenemos vida? ¿Por qué las reglas de la química significan que la vida aquí se ve como se ve?”, dijo Matthew Powner, autor principal del artículo de investigación. Estas son “simplemente las preguntas más fantásticas que posiblemente podríamos responder”, agregó.
Aunque los organismos difieren enormemente en apariencia, están hechos de los mismos bloques de construcción químicos básicos, llamados metabolitos primarios, que están directamente involucrados en el crecimiento y desarrollo celular. Ejemplos incluyen aminoácidos que ayudan a construir proteínas y nucleótidos que componen el ARN y el ADN.
El nuevo experimento de laboratorio se centró en los orígenes de otro metabolito primario: la coenzima A, que está en el corazón del metabolismo en todos los dominios de la vida (como una de sus muchas funciones). Por ejemplo, el compuesto juega un papel vital en la liberación de energía de carbohidratos, grasas y proteínas en organismos que requieren oxígeno, pero también sirve funciones metabólicas en formas de vida que no necesitan oxígeno, como muchas bacterias.
Específicamente, Powner y su equipo buscaban recrear un fragmento particular de la molécula de coenzima A llamado panteteína. Ella es el brazo funcional de la coenzima A, a menudo se transfiere y permite que ocurran otras reacciones químicas en nuestro cuerpo. Este miembro se llama un co-factor y actúa como un interruptor de “encendido”; sin él, la coenzima sería inutilizable.
“Todos nuestros procesos metabólicos dependen de un pequeño subconjunto de estos co-factores”, dijo el biólogo Aaron Goldman, que no participó en el estudio. “Esto ha llevado a investigadores a argumentar que estos co-factores, en sí mismos, podrían haber precedido a enzimas más grandes y complejas durante el origen y la evolución temprana de la vida”, añadió.
Algunos investigadores, dijo Goldman, han propuesto que las formas de vida primitivas podrían haber utilizado la panteteína para almacenar energía antes de la evolución de la moneda energética más grande y compleja que las células usan hoy.
Si es así, el misterio permanecía: ¿De dónde vino la panteteína?
“No podemos volver en el tiempo. No podemos regresar al origen de la vida. No podemos encontrar muestras de ese marco temporal”, declaró Powner, profesor en University College London. “Nuestra única posibilidad de realmente llegar al fondo de ese problema es reconstruirlo, comenzar desde cero, reingeniar una célula, entender qué se necesita para construir un organismo”, sostuvo.
Construir panteteína fue una tarea ardua. Por un lado, la molécula era “peculiar” según los estándares de la bioquímica, dijo. Se parecía mucho a la estructura de los péptidos (cadenas de aminoácidos) utilizados para construir proteínas, pero tenía muchas características extrañas – elementos inusuales que estaban en lugares extraños – que parecían darle una estructura más complicada.
El compuesto es tan extraño que científicos previamente propusieron que era demasiado intrincado para hacerse a partir de moléculas básicas. Otros han intentado crear panteteína y fallaron, pensando que ni siquiera estaba presente en los orígenes de la vida. Muchos científicos pensaron que la biología habría creado una versión simple de ella, que habría evolucionado para volverse más complicada con el tiempo – como construir una choza y más tarde convertirla en una mansión.
Sin embargo, el equipo se adentró en el laboratorio. Se centraron principalmente en usar materiales que podrían haber sido abundantes en la Tierra primitiva, como cianuro de hidrógeno y agua. Cada uno de los primeros pasos de la reacción tomó alrededor de un día, pero el paso final duró 60 días, que fue la reacción más larga que el laboratorio de Powner ha hecho jamás. El equipo finalmente detuvo la reacción “en parte porque nos aburrimos”, dijo. Pero el resultado fue mucha panteteína.
El equipo atribuyó su éxito en comparación con estudios fallidos de otros al uso de compuestos basados en nitrógeno llamados nitrilos. Estos compuestos proporcionaron la energía necesaria para impulsar las reacciones. Sin los nitrilos, es como tener una cortadora de césped pero sin gasolina para ponerla en marcha.
“Creo que es muy sorprendente que nadie lo haya intentado. Si solo los mezclas todos juntos, todos son mutuamente reactivos entre sí”, manifestó Jasper Fairchild, candidato a doctorado en University College London que lideró el experimento. “Pensarías que obtendrías un desastre, pero no lo haces. Solo obtienes panteteína. Y para mí, eso es muy hermoso”, añadió.
En la Tierra primitiva, la reacción podría haber tenido lugar en pequeñas pozas o lagos de agua, dijeron los autores. Sin embargo, grandes océanos probablemente habrían diluido la concentración de los químicos.
“Este es otro hermoso ejemplo de cómo las moléculas de la vida, incluso las más complejas como las coenzimas, están predispuestas a formarse”, explicó el químico Joseph Moran, que no participó en el estudio.
La receta simple para una molécula de aspecto complejo podría reimaginar cómo comenzó la vida en la Tierra. Históricamente, dijo Powner, los científicos propusieron que las moléculas biológicas aparecieron de manera escalonada – como un mundo primitivo de ARN que más tarde dio lugar a proteínas y otros químicos.
Pero el nuevo descubrimiento muestra que muchos de los bloques de construcción de la vida podrían haberse creado simultáneamente a partir de los mismos químicos básicos y condiciones, produciendo proteínas, ARN y otros componentes a la vez.
De hecho, estudios previos del equipo utilizaron condiciones y reacciones similares para crear nucleótidos (que ayudan a crear el ADN) y péptidos (que ayudan a formar proteínas). Estos bloques de construcción podrían haberse unido, reaccionado entre sí y finalmente llevado al origen de la vida.
Un mejor entendimiento de cómo se formaron y fusionaron estos componentes podría ayudar a los científicos algún día a crear vida a partir de materiales estáticos en un laboratorio, o incluso en otro planeta.
“Estamos lejos de poder [desde cero] hacer una célula”, dijo Powner. “Eso podría no suceder en mi vida, pero estamos en el camino para entender cómo estas moléculas trabajan juntas”, concluyó.
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