Gota de nano-ADN condensado, y dentro de ella gotas más pequeñas de su fase de cristal líquido (que se ven mediante luz polatizada en la parte izquierda de la foto). Las gotas de cristal líquido actúan como 'micro-reactores'. Imagen: Noel Clark. Fuente: Universidad de Colorado.
Las propiedades de auto-organización de fragmentos moleculares similares al ADN, hace cuatro mil millones de años, pudieron crecer repitiendo cadenas químicas el tiempo suficiente para ser la base de la vida primitiva, según un nuevo estudio de la Universidad de Colorado en Boulder (EE.UU.) y la Universidad de Milán (Italia).
Mientras que los estudios de antiguas formaciones minerales contienen evidencias de la evolución de las bacterias de hace entre 3.500 y 3.800 millones de años -sólo 500 millones de años después de la estabilización de la corteza de la Tierra-, qué es lo que podría haber precedido a la formación de este tipo de organismos unicelulares es todavía un misterio.
Los nuevos hallazgos sugieren un nuevo escenario para los orígenes no biológicos de los ácidos nucleicos, que son los componentes básicos de los organismos vivos, dice el profesor de física de la UC Boulder Noel Clark, coautor del estudio, en la nota de prensa de la universidad.
Un artículo sobre el tema, dirigido por Tommaso Bellini, de la Universidad de Milán, se ha publicado en una edición reciente de Nature Communications.
El descubrimiento en la década de 1980 de la capacidad del ARN para alterar químicamente su propia estructura, realizado por el premio Nobel de la UC Boulder Tom Cech, y su equipo de investigación, llevó al desarrollo del concepto de un "mundo de ARN", en el que la vida primordial era una reserva de cadenas de ARN capaces de sintetizar otras cadenas de moléculas a partir de moléculas más simples disponibles en el entorno.
Si bien ahora hay consenso entre los investigadores del origen de la vida sobre que las cadenas de ARN son demasiado especializadas como para crearse como producto de reacciones químicas aleatorias, los nuevos hallazgos sugieren una alternativa viable, dice Clark.
La nueva investigación demuestra que el auto-ensamblaje espontáneo de fragmentos de ADN de sólo unos pocos nanómetros de longitud, en fases cristalinas líquidas ordenadas, tiene la capacidad de dirigir la formación de enlaces químicos que conectan cadenas de ADN cortas para formar otras largas, sin la ayuda de mecanismos biológicos.
Los cristales líquidos son una forma de materia que tiene propiedades mixtas entre las de los líquidos convencionales y las de un cristal sólido: un cristal líquido puede fluir como un líquido, por ejemplo, pero sus moléculas se pueden orientar como en un cristal.
"Nuestras observaciones sugieren qué pudo haber sucedido en la Tierra primitiva, cuando los primeros fragmentos moleculares de ADN aparecieron", señala Clark.
Mientras que los estudios de antiguas formaciones minerales contienen evidencias de la evolución de las bacterias de hace entre 3.500 y 3.800 millones de años -sólo 500 millones de años después de la estabilización de la corteza de la Tierra-, qué es lo que podría haber precedido a la formación de este tipo de organismos unicelulares es todavía un misterio.
Los nuevos hallazgos sugieren un nuevo escenario para los orígenes no biológicos de los ácidos nucleicos, que son los componentes básicos de los organismos vivos, dice el profesor de física de la UC Boulder Noel Clark, coautor del estudio, en la nota de prensa de la universidad.
Un artículo sobre el tema, dirigido por Tommaso Bellini, de la Universidad de Milán, se ha publicado en una edición reciente de Nature Communications.
El descubrimiento en la década de 1980 de la capacidad del ARN para alterar químicamente su propia estructura, realizado por el premio Nobel de la UC Boulder Tom Cech, y su equipo de investigación, llevó al desarrollo del concepto de un "mundo de ARN", en el que la vida primordial era una reserva de cadenas de ARN capaces de sintetizar otras cadenas de moléculas a partir de moléculas más simples disponibles en el entorno.
Si bien ahora hay consenso entre los investigadores del origen de la vida sobre que las cadenas de ARN son demasiado especializadas como para crearse como producto de reacciones químicas aleatorias, los nuevos hallazgos sugieren una alternativa viable, dice Clark.
La nueva investigación demuestra que el auto-ensamblaje espontáneo de fragmentos de ADN de sólo unos pocos nanómetros de longitud, en fases cristalinas líquidas ordenadas, tiene la capacidad de dirigir la formación de enlaces químicos que conectan cadenas de ADN cortas para formar otras largas, sin la ayuda de mecanismos biológicos.
Los cristales líquidos son una forma de materia que tiene propiedades mixtas entre las de los líquidos convencionales y las de un cristal sólido: un cristal líquido puede fluir como un líquido, por ejemplo, pero sus moléculas se pueden orientar como en un cristal.
"Nuestras observaciones sugieren qué pudo haber sucedido en la Tierra primitiva, cuando los primeros fragmentos moleculares de ADN aparecieron", señala Clark.
Hipótesis
Desde hace varios años el grupo de investigación ha estado explorando la hipótesis de que la manera en que el ADN surgió en la Tierra temprana radica en sus propiedades estructurales y su capacidad de auto-organizarse.
En el mundo pre-ARN, el auto-ensamblaje espontáneo de fragmentos de ácidos nucleicos (ADN y ARN) pudo haber actuado como una plantilla para su unión química en forma de polímeros, que son sustancias compuestas de un gran número de unidades repetidas.
"Los nuevos hallazgos muestran que en presencia de las condiciones químicas apropiadas, el auto-ensamblaje espontáneo de pequeños fragmentos de ADN en pilas de dúplex cortos favorece en gran medida su unión en forma de polímeros más largos, proporcionando de este modo una ruta pre-ARN para el mundo del ARN", dice Clark.
El 'auto-modelado' del ARN
El área de investigación principal del Nobel Tom Cech es el proceso de transcripción genética del núcleo de las células, observando cómo el código genético del ADN se transcribe en ARN.
En colaboración con Sidney Altman descubrió que para conseguir la unión de fragmentos de ARN era necesaria la presencia del nucleósido, componente básico del ARN, sin la necesidad de que estuviera presente ninguna otra actividad catalítica. Cech estaba analizando las uniones de ARN en el organismo unicelular Tetrahymena thermophila, cuando hizo el hallazgo.
En 1989 fue galardonado, junto con Altman, con el Nobel de Química por estos descubrimientos.
Desde hace varios años el grupo de investigación ha estado explorando la hipótesis de que la manera en que el ADN surgió en la Tierra temprana radica en sus propiedades estructurales y su capacidad de auto-organizarse.
En el mundo pre-ARN, el auto-ensamblaje espontáneo de fragmentos de ácidos nucleicos (ADN y ARN) pudo haber actuado como una plantilla para su unión química en forma de polímeros, que son sustancias compuestas de un gran número de unidades repetidas.
"Los nuevos hallazgos muestran que en presencia de las condiciones químicas apropiadas, el auto-ensamblaje espontáneo de pequeños fragmentos de ADN en pilas de dúplex cortos favorece en gran medida su unión en forma de polímeros más largos, proporcionando de este modo una ruta pre-ARN para el mundo del ARN", dice Clark.
El 'auto-modelado' del ARN
El área de investigación principal del Nobel Tom Cech es el proceso de transcripción genética del núcleo de las células, observando cómo el código genético del ADN se transcribe en ARN.
En colaboración con Sidney Altman descubrió que para conseguir la unión de fragmentos de ARN era necesaria la presencia del nucleósido, componente básico del ARN, sin la necesidad de que estuviera presente ninguna otra actividad catalítica. Cech estaba analizando las uniones de ARN en el organismo unicelular Tetrahymena thermophila, cuando hizo el hallazgo.
En 1989 fue galardonado, junto con Altman, con el Nobel de Química por estos descubrimientos.
Referencia bibliográfica:
Tommaso P. Fraccia, Gregory P. Smith, Giuliano Zanchetta, Elvezia Paraboschi, Yougwooo Yi, David M. Walba, Giorgio Dieci, Noel A. Clark, Tommaso Bellini: Abiotic ligation of DNA oligomers templated by their liquid crystal ordering. Nature Communications (2015). DOI: 10.1038/ncomms7424.
Tommaso P. Fraccia, Gregory P. Smith, Giuliano Zanchetta, Elvezia Paraboschi, Yougwooo Yi, David M. Walba, Giorgio Dieci, Noel A. Clark, Tommaso Bellini: Abiotic ligation of DNA oligomers templated by their liquid crystal ordering. Nature Communications (2015). DOI: 10.1038/ncomms7424.