Resuelve el acertijo bioquímico en los albores de la vida en la Tierra

Chapel Hill, Carolina del Norte – Hace unos cuatro mil millones de años, la vida surgió de una sopa primitiva de químicos. En cierto modo, los aminoácidos se unen para formar proteínas y, a partir de estas proteínas, se han afianzado las moléculas básicas de la vida biológica, que conducen muy lentamente al comienzo de la vida tal como la conocemos. ¿pero cómo? ¿Cómo se convirtió el lío de los productos químicos en una biología organizada?

Los científicos de UNC-Chapel Hill tienen como objetivo responder a esta pregunta aprovechando su experiencia, espíritu colaborativo y un prestigioso premio de $ 1 millón de la Fundación WM Keck, una organización benéfica con sede en Los Ángeles que apoya importantes descubrimientos en ciencia, ingeniería y medicina. . También esperan avanzar en nuestra comprensión de los procesos celulares importantes para abrir nuevas estrategias de detección y tratamiento de patologías.

Charles Carter, Ph.D., profesor del Departamento de Bioquímica y Biofísica de la Universidad de Carolina del Norte en la Facultad de Medicina de la Universidad de Carolina del Norte, es el investigador principal de este proyecto. Durante muchos años ha realizado investigaciones de vanguardia en esta área, que es una de las razones por las que la Fundación Keck financió esta innovadora colaboración. Durante sus esfuerzos por descubrir más sobre cómo se originó la biología en la química, Carter se acercó a un par de colegas en Carolina: el biólogo de ARN Zhi Chang, Ph.D., profesor asociado en el Departamento de Bioquímica y Biofísica de la Universidad de las Naciones Unidas, y Abigail Knight, Ph., Profesora asistente en el Departamento de Química de la Universidad de Carolina del Norte en la Escuela de Artes y Ciencias de la Universidad de Carolina del Norte que se enfoca en imitar proteínas con polímeros sintéticos. El equipo también reclutó a Hiroaki Suga, Ph.D., profesor de química orgánica en la Universidad de Tokio, para el proyecto.

Estos cuatro científicos desarrollaron una estrategia de colaboración para probar una hipótesis sobre cómo se enrollaron los productos químicos finos para determinar cómo se ensambló por primera vez la bioquímica básica, según un código genético hace cuatro mil millones de años.

«A nivel fundamental, todos los seres vivos dependen de su capacidad para convertir la información almacenada en los genes en enzimas o proteínas funcionales», dijo Carter. «Esto se llama traducción, y los científicos generalmente han entendido este proceso durante mucho tiempo. Pero la comunidad científica ha pasado por alto algunos detalles sobre cómo sucedió esto por primera vez en los albores de la vida».

Comprender los detalles más finos de este proceso permitirá a los científicos explorar mejor las posibilidades de vida fuera de la Tierra. Podría inspirar nuevas estrategias para imitar componentes y procesos celulares complejos importantes para la salud humana. Creará una base de datos pública útil en el campo de la biología sintética, que tiene muchas aplicaciones de investigación en medicina, manufactura y agricultura. Sobre todo, este proyecto ayudará a responder las eternas preguntas que surgieron después de que Crick y Watson descubrieron la doble hélice del ADN. Su trabajo principal reveló cómo la información en los genes se almacena y se transmite de generación en generación. Pero desde la década de 1960, la forma en que las células usan esa información ha estado en el centro de muchas preguntas de investigación sobre la naturaleza, la salud humana y la patología.

«Nuestro proyecto es el primer intento de comprender cómo ocurrieron ciertos aspectos del proceso de traducción en primer lugar», dijo Carter. «Comprender qué permitió a la naturaleza producir la misma proteína cada vez de acuerdo con el código genético puede ser transformador. Estamos tratando de responder una pregunta profunda y difícil».

Carter ha trabajado en parte de este complejo rompecabezas bioquímico durante más de una década, pero sigue siendo difícil ver cómo ciertas partes del rompecabezas de la traducción pudieron haber ocurrido antes de la memoria recurrente que finalmente presentó la evolución. Por ejemplo, ¿cuál fue el mecanismo químico preciso que aceleró la traducción del ADN en enlaces proteicos cortos entre aminoácidos definidos por un símbolo, y qué tendría que suceder para que apareciera la vida?

«Básicamente, la química es aleatoria; es caótica», dijo Zhang. «Podemos imaginar que había química antes de que apareciera la vida en la Tierra, o lo que se llama una sopa primordial. Pero la biología no es caótica ni aleatoria. Está ordenada».

«A través de este proyecto, desarrollaremos una plataforma que nos ayude a investigar y comprender el proceso químico aleatorio que finalmente condujo a una vida no aleatoria», agregó Knight.

Los científicos se están enfocando en una parte del mecanismo de traducción conocido hoy como ribosoma: ARN pequeño y proteínas asociadas que unen los aminoácidos en un orden específico definido por instrucciones en el gen. Las cadenas de aminoácidos, o polipéptidos, deben plegarse en proteínas activas, que regulan las funciones biológicas que distinguen las células cardíacas de las pulmonares, por ejemplo. Para poder doblarse de la misma manera cada vez, las secuencias de aminoácidos tienen que ser las mismas, y esto sucede debido a la codificación genética.

Al pensar en la primera aparición de la vida hace miles de millones de años, el apego a los aminoácidos era exactamente lo que tendría que suceder para que la biología regulada emergiera de la química aleatoria.

Pero, en nuestras células ahora, los ribosomas han desarrollado una especie de «memoria» para aprovechar el poder del código genético. Y esa memoria proviene de una innovación anterior en biología que precedió a la formación de células. Al comienzo de la vida, no había células y no podía haber ribosomas como ahora. Entonces, ¿qué había ahí? Bueno, podría haber secuencias triples de ADN y ARN, y podría ser posible que estos grupos triples llamados codones y anti-codones pudieran alinearse perfectamente y «estimular» a los aminoácidos para que formen enlaces peptídicos. A partir de ese punto de inflexión, la vida primitiva sería posible. Eso, en resumen, es lo que los científicos de Carolina esperan probar.

«Con nuestros experimentos, nuestro objetivo es generar una gran cantidad de datos sobre este proceso bioquímico», dijo Zhang. «Porque cuando comienza la vida, tiende a ser mucho caos que se organiza gradualmente. Planeamos ver lo que podría haber sucedido».

«Estamos muy agradecidos con la Fundación WM Keck por apoyar este innovador proyecto, y estamos seguros de que nuestro trabajo arrojará luz sobre el origen de la vida en la Tierra y abrirá la puerta para responder a muchas otras preguntas de investigación relacionadas con nuestros tiempos actuales». añadió Carter.

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Para leer más sobre este proyecto, consulte el resumen científico en el sitio web de la Fundación WM Keck.

Con sede en Los Ángeles, WM Keck Corporation fue fundada en 1954 por el fallecido W.M. Keck, fundador de Superior Oil Company. Las subvenciones de la Fundación se centran principalmente en esfuerzos pioneros en los campos de la investigación médica, la ciencia y la ingeniería. La fundación también mantiene un Programa de Becas del Sur de California que brinda apoyo a la comunidad de Los Ángeles, con un enfoque especial en niños y jóvenes. Para obtener más información, visite el sitio web. http: // www.Y tu.Ciervo.