ADN tiene código genético, pero ¿qué lo lee? El autor de 'Gene Machine' explica

Tan importante como el ADN es para nosotros mismos, la famosa doble hélice es fundamental para el estudio de la biología en todo el mundo. Pero estas moléculas fundamentales no pueden trabajar solas. El ADN almacena el código fuente y los datos para construir nuestros cuerpos, y su descubrimiento abrió la puerta a innumerables nuevos hilos de investigación, incluida la pregunta "¿Qué máquina lee nuestro código?"

El biólogo ganador del Premio Nobel Venki Ramakrishnan desenreda el camino para buscar la respuesta en Máquina de genes: la carrera para descifrar los secretos del ribosoma. Expone su ambicioso viaje frente a la incertidumbre, explicando no solo la ciencia con claridad lúcida, sino que también ofrece una perspectiva sobre la compleja política que rodea la búsqueda del conocimiento con humildad.

A continuación se muestra un extracto de Maquina gen, publicado esta semana por Basic Books.

Emergiendo de la niebla primordial

Cómo comenzó la vida es uno de los grandes misterios restantes de la biología. Toda vida requiere alguna forma de energía en el ambiente químico correcto. Algunas personas han señalado que gran parte de la química que utiliza la vida se asemeja al tipo de química que se produce en los bordes de los respiraderos geotérmicos en el océano. Incluso si esto es simplemente una coincidencia, como han argumentado otros, es útil pensar qué condiciones hicieron posible que la vida emergiera. Pero fundamentalmente la vida es más que un conjunto de reacciones químicas; es la capacidad de almacenar y reproducir información genética de una manera que permite que las formas de vida complejas evolucionen a partir de formas muy primitivas. Según este criterio, no hay duda de que incluso los virus están vivos, aunque las personas solían cuestionarlo porque necesitan una célula huésped para reproducirse. Sin embargo, cualquier persona que se haya enfermado a causa de un virus y haya experimentado su cuerpo luchando contra una infección no dudaría de que los virus están vivos.

El problema era que en casi todas las formas de vida, el ADN llevaba información genética, pero el ADN mismo era inerte y estaba compuesto por un gran número de enzimas proteicas, que requerían no solo ARN sino también el ribosoma para producir esas enzimas. Además, el azúcar en el ADN, la desoxirribosa, se hizo a partir de la ribosa mediante una proteína grande y complicada. Nadie podía entender cómo podría haber comenzado todo el sistema. Los científicos que estaban pensando en cómo comenzó la vida, como Crick, Leslie Orgel en el Instituto Salk en La Jolla y Carl Woese en la Universidad de Illinois, sugirieron que tal vez la vida comenzó con el ARN. En ese momento, esto era pura especulación, casi ciencia ficción, porque no se sabía que el ARN fuera capaz de llevar a cabo reacciones químicas.

El descubrimiento de Cech y Altman cambió todo eso. El ARN ahora era una molécula que podía transportar información como una secuencia de bases, al igual que el ADN, y también podía llevar a cabo reacciones químicas como las proteínas. Ahora sabemos que los bloques de construcción de ARN pueden estar hechos de químicos simples que podrían haber existido en la Tierra hace miles de millones de años. Por lo tanto, es posible imaginar cómo la vida pudo haber comenzado con muchas moléculas de ARN creadas al azar hasta que algunas de ellas pudieran reproducirse por sí mismas. Una vez que esto sucedió, la evolución y la selección natural podrían permitir que se formaran moléculas cada vez más complicadas, incluso eventualmente algo tan complicado como un ribosoma primordial. La idea de un mundo de ARN primordial, un término acuñado por primera vez por Wally Gilbert, fue ampliamente aceptada.

El ribosoma pudo haber comenzado en un mundo dominado por el ARN, pero debido a que produjo proteínas, se convirtió en un caballo de Troya. Las proteínas resultaron ser mucho mejores para hacer la mayoría de las reacciones que el ARN porque sus aminoácidos son capaces de una química más variada que la molécula de ARN más simple. Esto significó que a medida que se fabricaban las proteínas, evolucionaron gradualmente para hacerse cargo de la mayoría de las funciones de las moléculas de ARN en ese momento y mucho más. Al hacerlo, transformaron la vida como la conocemos. Esto también puede explicar por qué, aunque el ribosoma tiene una gran cantidad de ARN, las enzimas que replican el ADN o lo copian en el ARN ahora están hechas de proteínas. Probablemente esto se deba a que el uso del ADN para almacenar genes llegó más tarde; en ese momento, las proteínas habían prevalecido y estaban llevando a cabo la mayoría de las reacciones en la célula.

Por supuesto, esto no explica cómo surgieron los genes que llevan un código para producir proteínas. La mejor suposición es que una forma temprana de ribosomas acaba de hacer estiramientos cortos de péptidos aleatorios, lo que ayudó a mejorar las enzimas de ARN que existían en ese momento. Pero a partir de ahí, cómo se originaron los genes que llevaban instrucciones para hacer proteínas que tenían aminoácidos unidos en un orden muy específico fue un gran salto y sigue siendo uno de los grandes misterios de la vida. Y eso, a su vez, significaría que, además de la subunidad grande, tendrían que existir muchos otros elementos: el ARNm para llevar el código genético, los ARNt para traer aminoácidos y la pequeña unidad para proporcionar una plataforma para el ARNm y ARNt para unirse. Pero antes del descubrimiento de la catálisis de ARN, las personas no podían ver cómo el sistema podría haber comenzado, incluso en principio.

Extraído de Gene Machine: La carrera para descifrar los secretos del ribosoma por Venki Ramakrishnan. Copyright © 2018. Publicado por Basic Books