Una propiedad fundamental de la vida es la capacidad de replicarse a sí misma. Ahora, investigadores han creado las primeras moléculas de ARN, la molécula de una sola hebra de la familia del ADN, capaces de copiar casi cualquier otro ARN. El descubrimiento refuerza la opinión generalizada entre los investigadores que estudian el origen de la vida que el ARN probablemente preceda al ADN como el almacén de información genética central en las primeras células hace unos 4.000 millones de años. Irónicamente, estas nuevas copiadoras de ARN todavía no pueden duplicarse. No obstante, si las futuras versiones remodeladas pueden lograrlo, se podría hacer con ellas algo más que reforzar las nociones del papel primordial del ARN: podría conducir a la creación de microbios modernos sintéticos que utilizasen el ARN como su única fuente de información genética.
Con el fin de crecer y replicarse, todas las células modernas requieren de ADN, ARN y proteínas, y la síntesis de cada uno de ellos dentro de las células requiere que los otros dos. Investigadores en la década de 1960 plantearon la hipótesis de que las células modernas evolucionaron a partir de progenitores que no requerían de esta interdependencia. El ARN parecía una buena candidata para ser la primera biomolécula ya que, como el ADN, puede almacenar información y, como las proteínas, puede actuar como un catalizador para acelerar ciertas reacciones químicas. Los investigadores también descubrieron muy pronto que el ARN está en el centro de varias enzimas modernas que son esenciales para la vida, como pueden ser los ribosomas que son los encargados de construir proteínas. De este modo, algunos científicos plantearon la hipótesis de que la vida comenzó como un «mundo de ARN»; un período en el cual el ARN controlaba tanto la genética como la bioquímica dentro de todas las células.
Si el ARN hubiera sido fundamental para la bioquímica temprana, las moléculas de ARN deberían haber sido capaces de copiarse a sí mismas a fin de que esas células pudieran multiplicarse y evolucionar. Encontrar una copiadora de ARN sería como dar en «el centro de la diana de la hipótesis del mundo de ARN», dice Gerald Joyce, un químico en el Instituto de Investigación Scripps en San Diego, California. Las células modernas tienen lugar una enzima basada en la proteína llamada ARN polimerasa (ARNP) que crea copias de ARN a partir de cadenas de ADN. En 1993, investigadores dirigidos por Jack Szostak de la Universidad de Harvard, en Estados Unidos, crearon una versión totalmente ARN de ARNP, también conocida como una ribozima ARNP, que se unió a dos pequeños trozos de ARN en una plantilla independiente de cadena de ARN. Desde entonces, el equipo de Szostak y otros han continuado mejorando sus copiadoras de ARN. Hace dos años, por ejemplo, investigadores en el Reino Unido reportaron haber aislado de una ribozima ARNP capaz de unir ARN de hasta 200 nucleótidos de longitud.
Según Joyce, el problema con todas estas ribozimas ARNP es que son muy meticulosas. Pueden copiar sólo ciertas secuencias de bases de nucleótidos, los bloques básicos que componen el ARN y ADN, y esas secuencias no llevan a cabo ninguna función importante dentro de las células. Así pues, Joyce y su asistente postdoctoral David Horning se dispusieron a buscar una ribozima ARNP más versátil, utilizando una técnica bien conocida llamada evolución in vitro.
Comenzaron con la síntesis de una gran serie de hebras de ADN destinadas a codificar la ribozima ARNP ideada, pero mutaron aleatoriamente las secuencias de ADN, asegurándose que cada uno de los ARNP finales fuera diferente. Seguidamente añadieron estos ARNP a un vial que contenía los pequeños fragmentos de ARN que querían unir en otra cadena “en blanco” de ARN. Si la ribozima ARNP creaba con éxito un nuevo ARN, la nueva hebra lo indicaría mediante la unión con una molécula “cebo” específica en su vial. Y debido a que cada ribozima ARNP fue diseñada para permanecer unida a su nueva cadena de ARN sintetizado, esto permitió al equipo aislar cualquier resultado exitoso. Cada ribozima ARNP capturada se utilizó de esta manera como el punto de partida para una nueva ronda de la evolución.
Después de 24 rondas de este tipo de evolución in vitro, en las que los científicos agruparon sucesivamente los requisitos de lo que una ribozima ARNP tenía que hacer para tener éxito, terminaron con una a la que denominaron, siguiendo la secuencia, 24-3 polimerasa. Esa cadena de ARN, según informaron en Proceedings of the National Academy of Sciences, es capaz de copiar casi cualquier otro ARN, desde pequeños catalizadores hasta enzimas basadas en largos ARN. La 24-3 polimerasa también fue capaz de hacer copias de ARN que ya había copiado, lo que le permitió incrementar la presencia de ciertos ARN hasta 10.000 veces. Este estudio se presentó como la primera versión de la reacción en cadena de la ARN polimerasa, una técnica ampliamente utilizada para hacer copias de ADN.
«Este trabajo es un avance importante en el esfuerzo continuo para completar el modelo del origen de la vida del ‘ARN primigenio’», dice Steven Benner, un químico especializado en el origen de la vida en la Fundación para la Evolución Molecular Aplicada en Alachua, Estados Unidos. Pero Benner advierte que aún queda un largo camino hasta obtener una verdadera confirmación del mundo de ARN. No sólo la estructura inflexible de la 24-3 polimerasa le impide ser capaz de copiarse a sí misma, sino que Benner señala que la comunidad química ha necesitado 25 años para llegar a una copiadora ARN competente en la copia de otros ARN, a pesar de todas las herramientas de que dispone la bioquímica moderna. » [Esto] sugiere que todavía falta algo importante», dice Benner.
Joyce está de acuerdo y señala que incluso si un mundo de ARN precedió a la aparición del ADN y las proteínas, también podría haber sido precedido por formas anteriores de bioquímica. Sin embargo, añade Joyce, tanto él como Horning están presionando para mejorar aún más la polimerasa 24-3 con la esperanza de hacer una versión que puede copiarse a sí misma. Si tienen éxito, dice Joyce, la molécula resultante podría entonces convertirse en base para las primeras células sintéticas que usaran ARN como molécula de información genética única.
