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Podría haber existido un mundo ANX antes del mundo del ARN
7 de abril de 2021 | Historia original de la Universidad de Nagoya
Científicos de la Universidad de Nagoya (Japón) han demostrado cómo moléculas similares al ADN podrían haberse actuado como precursoras de los orígenes de la vida. Los hallazgos, publicados en la revista Nature Communications, no sólo sugieren cómo podría haber comenzado la vida, sino que también tienen implicancias para el desarrollo de aplicaciones de vida artificial y biotecnología.
“Se cree que el mundo del ARN es una etapa en el origen de la vida”, dijo Keiji Murayama, ingeniero biomolecular de la Universidad de Nagoya. “Antes de esta etapa, el mundo anterior al ARN puede haberse basado en moléculas llamadas ácidos nucleicos xenóricos (ANX). A diferencia del ADN, sin embargo, la replicación de los XNA probablemente no habría requerido de enzimas. Nuestro grupo pudo sintetizar sin emplear enzimas, un ANX, apoyando firmemente la hipótesis de que un mundo ANX podría haber existido antes del mundo del ARN.”
Figura 1: Algunos científicos piensan que el ANX habría evolucionado hasta convertirse en ARN, que luego evolucionó en ADN, formando los comienzos de la vida. (Crédito: Keiji Murayama)
Los ANXs están formados por cadenas de nucleótidos vinculados, similares al ADN y el ARN, pero con un azúcar diferente como columna vertebral. Los ANXs pueden portar un código genético muy estable porque el cuerpo humano no puede descomponerlos. Algunos investigadores han informado de que los ANXs que contienen secuencias específicas pueden actuar como enzimas y unirse a proteínas. Esto hace que los ANXs sean emocionantes en el campo de la genética sintética, con potenciales aplicaciones de biotecnología y medicina molecular.
Murayama y sus colegas querían averiguar si las condiciones probablemente presentes en la Tierra temprana podrían haber llevado a la formación de cadenas ANX. Sintetizaron fragmentos de ácido nucleico L-Treoninol acíclico (no circular) (L-ANTa), una molécula que se cree que existió antes de que el ARN. También sintetizaron un L-ANTa más largo con una secuencia de nucleobases complementaria de las secuencias de los fragmentos, en forma similar a cómo se complementan las hebras de ADN.
Cuando se colocan juntos en un tubo de ensayo bajo temperatura controlada, los fragmentos más cortos de L-ANTa se unieron entre sí en la plantilla L-ANTa más larga. Críticamente, esto sucedió en presencia de un compuesto, llamado N-cianoimidazol y un ion metálico, como el manganeso, ambos posiblemente presentes en la Tierra temprana. Los fragmentos se interrelacionaron cuando un fosfato al final de uno se unió químicamente a un grupo hidroxilo al final de su vecino, sin mediación enzimática.
Figura 2: Murayama y sus colegas mostraron que los fragmentos de L-ANTa podían interconectar plantillas complementarias de L-ANTa, ARN y ADN, sin necesidad de enzimas. (Crédito: Keiji Murayama)
“Hasta donde sabemos, esta es la primera demostración de extensión de ANX acíclica impulsada por plantillas en ausencia de enzimas a partir de un grupo de fragmentos aleatorios, generando uniones fosfodiéster”, dijo Murayama.
El equipo también demostró que los fragmentos de L-ANTa podían interconectarse en presencia de plantillas de ADN y ARN. Esto sugiere que el código genético podría transferirse del ADN y el ARN a L-ANTa y viceversa.
“Nuestra estrategia es un sistema atractivo para experimentar con la construcción de vida artificial y el desarrollo de herramientas biológicas altamente funcionales compuestas por AXN acíclica", dijo Murayama. “Los datos también indican que L-ANTa podría haber sido un precursor del ARN.”
El equipo planea continuar sus investigaciones para aclarar si el L-ANTa podría haber sido sintetizado en condiciones tempranas de la “Tierra prebiótica” y examinar su potencial para desarrollar herramientas biológicas avanzadas.
Referencia
Murayama K, Okita H, Kuriki T, Asanuma H. Nonenzymatic polymerase-like template-directed synthesis of acyclic l-threoninol nucleic acid. Nat Comms. 2021; 12 (1): 804.
doi:10.1038/s41467-021-21128-0.
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