Primeros pasos hacia una vida sintética basada en una bioquímica alternativa

“Para hacer una tarta de manzana primero tienes que inventar el universo”. La famosa frase que Carl Sagan utilizaba para referirse a la historia del Cosmos puede aplicarse también a la historia de la vida. Por lo que sabemos hasta ahora, para que aparezca la vida se necesitan unos determinados ingredientes y seguir tres reglas fundamentales: la autorreplicación, el metabolismo y el compartimento. Así ha sucedido en la Tierra y así creemos que debería suceder en cualquier otro lugar del universo. Pero, ¿y si ensayáramos una forma alternativa de llegar hasta ese resultado para entender mejor cómo pudo surgir la vida?

Esto es lo que lleva intentando el equipo de Sijbren Otto desde hace años, quienes trabajan en la creación de un sistema químico alternativo que cumpla con algunas de estas características hasta ir ganando complejidad y quién sabe si, algún día, ser capaz de evolucionar. En 2010 Otto dio el primer paso y generó un sistema basado en moléculas diseñadas artificialmente - péptidos que no se encuentran en los sistemas vivos - que eran capaces de acoplarse y crear copias de sí mismas. Estas moléculas forman anillos de seis unidades que se apilan unos encima de otros y generan una especie de plantilla que se divide y recluta nuevas moléculas para replicarse y continuar el proceso. Ahora, en un nuevo trabajo publicado en la revista Nature Chemistry, el equipo de Otto ha logrado el siguiente paso: que el sistema utilice la luz y otras moléculas para acelerar el proceso, algo parecido a un metabolismo.

“Todas las formas de vida que tenemos en la Tierra vienen del mismo precursor, la consecuencia es que todos los seres vivos que conocemos tiene el mismo sistema químico”, explica el investigador español Guillermo Monreal, quien trabaja junto a Otto en la Universidad de Groninga y firma el último trabajo. “Lo que intentamos en el grupo es hacer algo que tenga las mismas características de la vida pero no los mismos compuestos químicos”. Lo que han conseguido en el nuevo trabajo es que al añadir unas nuevas moléculas capaces de absorber luz (llamadas cofactores) se produzca una catálisis que acelera el proceso. Es decir, una especie de metabolismo primitivo como el que realizan las células al utilizar la luz para obtener energía.

“Queremos hacer algo que tenga las mismas características de la vida pero no los mismos compuestos químicos”

“Nuestras moléculas se replican a partir de ladrillos, pero primero hay que hacer esos ladrillos a partir de arcilla”, explica Monreal a Vozpópuli. “Llamamos protometabolismo al proceso por el cual nuestros replicadores son capaces de acelerar la formación de ladrillos a partir de arcilla. Nuestros replicadores no pueden hacer ladrillos directamente, así que lo que hacen es activar otras moléculas que hacen los ladrillos por ellos”.

Una ventana a los orígenes

Para Carlos Briones, investigador del Centro de Astrobiología (CAB-INTA-CSIC) y experto en el estudio del origen de la vida, se trata de un trabajo de gran interés, y aunque el objetivo de crear vida sintética quede lejos, sirve para comprender mejor la denominada química prebiótica de sistemas. “Las moléculas del experimento no son biológicas, no tienen que ver con la bioquímica de los seres vivos, pero sí te proporcionan un sistema alternativo en el que se puede ver esa relación estrecha que puede haber entre algo que replica y algo que inicia el metabolismo”, explica. “Es un buen sistema para imaginarte cosas que quizá pudieron ocurrir antes de la vida, o que quizá pueden estar ocurriendo en otros lugares más allá de la Tierra o simplemente te hablan de esa plasticidad de las moléculas para generar sistemas más complejos de lo que pensábamos”.

“Es un buen sistema para imaginarte cosas que quizá ocurrieron antes de la vida o han ocurrido en otros planetas”

Hasta hace diez años, los especialistas en el origen de la vida se centraban en el estudio de cada uno de los tres aspectos más importantes (replicación, metabolismo y compartimento) por separado. Pero como señala Briones, el origen de la vida tuvo que ser simultáneo y retroalimentado para que fuera estable y acabara generando sistemas capaces de evolucionar. Es así como debió surgir el último antepasado común universal, el conocido LUCA (last universal common ancestor), la vida basada en el carbono (CHON) tal y como la conocemos. Para ser verdaderamente alternativa, esta nueva línea de vida sintética en la que trabajan Monreal y Otto debería basarse en otros elementos, como el silicio, pero su sistema sigue basándose en Carbono, Hidrógeno. Oxígeno y Azufre porque reúnen las características que hacen posibles estas estructuras.

Para completar este proceso de generar una bioquímica alternativa, al equipo de Otto le falta también la tercera característica: la compartimentación o generación de membranas contenedoras de todo el sistema de replicación-información. “Juntar esas tres cosas es dificilísimo y por ahora nadie lo ha conseguido”, advierte Briones. De hecho, existen formas en este planeta, como los virus, a los que les falta uno de los componentes (no tienen metabolismo propio y necesitan el de las células vivas para replicarse). “De lograr un proceso con las tres patas, habrías obtenido un sistema ternario con el potencial de ser evolutivo”, sentencia el investigador del CAB. “Si fuera lo suficientemente robusto podría dar lugar a un LUCA que quizá originara otra forma de vida”. “Pero eso sí”, advierte, “en nuestro planeta no duraría ni un minuto; solo podrías tenerlo en el tubo de ensayo, porque en un planeta donde ya ha triunfado una forma de vida esos compuestos no dejarían de ser materia orgánica y los otros seres vivos nos los comeríamos”.

Referencias: Emergence of light-driven protometabolism on recruitment of a photocatalytic cofactor by a self-replicator (Nature Chemistry) | Chance emergence of catalytic activity and promiscuity in a self-replicator (Nature Catalysis)