Robert
Deyes[*]
L'ARN
catalític — un catalitzador indigne d'una discussió
seriosa sobre l'origen de la vida
Durant les
últimes dècades, la recerca de la vida extraterrestre ha
estat
un punt focal de l'exploració de l'espai. Mentre la idea
d'éssers
extraterrestres a la recerca de nous planetes habitables segueix
generant
polèmica en els cercles científics i religiosos,
més recentment, en la
conferència de astrobiologia de la Pontifícia
Acadèmia de les Ciències (1), una
sèrie d'investigacions contemporànies s'ha centrat en els
organismes
unicel·lulars primitius (2). Astrobiòlegs com Richard
Hoover afirmen confiats
que la vida primitiva existeix fora de la nostra pròpia terra
(3-4). Des que la
nau espacial de la NASA Galileu va passar el 1998 prop
d'Europa, la
lluna de Júpiter, molts consideren més que probable
l'existència de bacteris en
aquesta gelada lluna (5-6).
La noció que
la vida podria desenvolupar-se així, sense més,
allà on hi ha
les condicions ambientals apropiades, exigeix per descomptat un gran
salt de
fe. És una noció que passa per alt una multitud de
factors crítics, sobretot
l'origen d'alguna classe de material genètic codificant. Stephen
Mojzsis, de la
Universitat de Colorado, presentava l'analogia que el fet que hi hagi
un
escenari en un teatre no vol dir que els actors estiguin presents i
llestos per
a exercir els seus papers respectius (7). Quins processos haurien hagut
de
donar-se per portar a una barreja de compostos químics al nivell
exigit de
funcionalitat mínima sobre la qual pogués començar
a actuar la selecció natural
darwinista?
El
paleontòleg Niles Eldredge va captar la rellevància
d'aquesta pregunta
en el seu discurs sobre els ritmes evolutius, amb la seva
observació de que «hi
ha una enorme diferència entre una col·lecció de
molècules orgàniques incapaces
de captar l'energia necessària per catalitzar la seva
pròpia replicació, i un
sistema organitzat que posseeix exactament aquesta capacitat»
(8). Destacats
pensadors, com el biofísic Paul Davies, sostenen la idea que la
vida va sorgir
precisament perquè va aconseguir «alliberar-se dels
grillons de les lleis
físiques i del món determinista, algorítmic»
(9). Davies conclou que una
aleatorietat inicial és l'única manera per la qual
podríem haver arribat a la
complexitat biològica especificada que trobem en la vida
coetània (9). No
obstant això, com haguessin pogut aconseguir arribar a tals
activitats uns
polímers moleculars mancats de qualsevol activitat funcional,
només per mitjà
d'esdeveniments aleatoris?
En els darrers vint
anys han sorgit diverses pistes interessants en l'àmbit
de l'ARN catalític. Experiments realitzats a finals dels anys 80
i 90 van
revelar que certs tipus d’ARN tenien activitats catalítiques
intrínseques (10).
Bioquímics d’anomenada en l'estudi de l'ARN com Tom Cech, Dan
Hershlag, Luc
Jaeger i Anne Marie Pyle van aportar detalls clau sobre els processos
que
porten l'ARN a plegar-se en formes catalíticament actives
(1910-1912). Amb la
demostració de les seves capacitats enzimàtiques i de
suport d'informació,
l'ARN va sorgir com un candidat favorit a la recerca de la
molècula que pogués
haver engegat el tret de sortida del començament de la vida
(13). El missatge
promulgat pels partidaris del «món de l'ARN» era
que, mitjançant una selecció
natural darwinista, les mutacions van poder haver produït
activitats
catalítiques que es van anar millorant a través de
generacions successives de
replicació (13).
Probablement per a
disgust dels proponents de la famosa hipòtesi sobre el
«món d'ARN», el químic de Duke University
David Deam, juntament amb altres, va
desacreditar convincentment aquesta hipòtesi, basant-se en
què els processos
necessaris per a la formació de biopolímers haurien estat
summament ineficaços
en una terra sense vida. Les seves conclusions van resultar contundents:
«Està
prou clar que seria difícil arribar directament a un món
d'ARN (o
també al seu precursor molecular) a partir de compostos
orgànics dissolts en un
oceà global (Joyce, 1991). Fins i tot si existís la
possibilitat de generar
nucleòtids químicament activats capaços de
polimeritzar-se i de formar ARN en
solució, en absència d'algun mecanisme que els
concentrés es trobarien
summament diluïts, i no podrien haver-se donat cap altres
reaccions...
[Aquestes] ineficàcies inherents semblen ser inconseqüents
amb anar més enllà de
les etapes inicials de la generació de monòmers i potser
d'alguns polímers
aleatoris.» (13)
Les meves
pròpies investigacions durant la meva estada a la Universitat
d'Estrasburg, a França, van servir per consolidar el meu propi
escepticisme
sobre el paper de l'ARN en l'origen de la vida (14). Fent servir
algoritmes que
simulen els plecs d'àcids nucleics, vaig treballar amb altres
per dissenyar
unes molècules catalítiques especials d'ARN anomenades
ribozims, que
identificaven de manera molt específica seqüències
d'ARNm dins de la cèl·lula i
les tallaven (vegeu la figura més avall; Ref 15). Com aviat vaig
descobrir,
aquestes «tisores» moleculars no només havien de
complir uns estrictes criteris
en les seves seqüències per poder discriminar entre els
ARNs adequats i els no
desitjats, sinó que també havien de ser prou curtes per
alliberar dels seus
productes de reacció i quedar disponibles per a altres rondes de
talls (16).
Aquest últim punt és molt important si el ribozim ha
d'exhibir la capacitat de
catalitzar repetides vegades una determinada reacció (17).
FIGURA:
Gel de poliacrilamida 12% exhibint: Carrils 1,3 -
ARN objectiu; Carrils 2,4 – ARN ribozim; Carrils 5-7 - Curs temporal de
la
digestió del ribozim in vitro (que s'observin els productes
d'escissió en la
meitat inferior del gel).
Amb prou penes es
podria dir que el meu meticulós disseny d'uns ribozims
representa de manera realista el procés de selecció
darwinista. Si jo no hagués
escollit les meves seqüències amb tota cura, no hauria
obtingut els efectes
desitjats en introduir aquests ARNs a l'interior de les
cèl·lules. Els meus
propis resultats es feien ressò de les conclusions del
biòleg estructuralista
Thomas Creighton, que comentava que «la dificultat fonamental amb
el panorama
del món de l'ARN és que és difícil explicar
com aquestes molècules s'haguessin
pogut sintetitzar en una sopa primordial» (18).
Mentre que diversos
equips científics han demostrat diversos tipus
d'activitat ribozimática incloent la formació
d'enllaços pèptids i la lligadura
d'ARN, el camp d'aquestes activitats empal·lideix davant l’ampli
repertori de
funcions proteíniques conegudes (19). Així, en quina
mesura podem considerar
suficient l'ARN catalític per a la formació de components
que poguessin
posteriorment acoblar-se per constituir les formes més simples
de vida? D'altra
banda, l’execució d'aquestes activitats en el laboratori
només és possible
guiant deliberadament aquestes molècules d'ARN cap a punts
funcionals
predeterminats (19, 20).
Escrivint en els
anys 70, el zoòleg Richard Dawkins va compondre el següent
«Himne a la causalitat natural»;
«[La sopa
primordial] ha d'haver estat poblada per varietats de molècules
estables, estables en el sentit que o bé les molècules
naturals duraven molt de
temps, o bé que es replicaven ràpidament, o que es
replicaven amb precisió. Les
tendències evolutives cap a aquestes tres classes d'estabilitat
van tenir lloc
de la següent manera: si haguéssim pres mostres d'aquesta
sopa en dos moments
diferents, la mostra posterior hauria contingut una fracció
més elevada de
varietats moleculars amb alta longevitat / fecunditat / fidelitat de
còpia.
Això és essencialment el que vol dir un biòleg
quan està parlant d'éssers vius,
i el mecanisme és el mateix —la selecció natural. »
(21)
Han passat trenta
anys des d’això, i segueix sense haver carn en els ossos
dels pelegrins somnis de Dawkins. Des del punt de vista del món
d'ARN, segueix
sense convèncer-me en absolut.
Literatura
Citada
1. Tom
Chivers (2009) The Vatican Joins The Search For
Alien Life, Veure http://www.telegraph.co.uk/science/space/6536400/The-Vatican-joins-the-search-for-alien-life.html
2.
David Malin (2004) Heaven and Earth: Unseen by the
Naked Eye, Phaidon Press, Regne Unit 2004, p. 284
3.
Kate Tobin (2009) Extremophile Hunter: The search
is on for extremophiles that may provide insights about life elsewhere
in the
cosmos, Veure http://www.nsf.gov/news/special_reports/science_nation/extremophile.jsp
4.
Jeff Hecht (2001) Life will find a way, New
Scientist, 17 de març de 2001, p. 4
5.
Patrick Barry (2009) A Tale Of Planetary Woe, Veure http://science.nasa.gov/headlines/y2009/06nov_maven.htm?list207640
6.
Clues To Possible Life On Europa May Lie Buried In
Antarctic Ice (1998) Veure http://science.nasa.gov/newhome/headlines/ast05mar98_1.htm
7.
Stephen Mojzsis va parlar sobre l'origen de la vida
en un documental de NOVA emès a la cadena PBS el 28 de setembre
de 2004,
titolat «Origins: How Life Began».
8.
Niles Eldredge (1987) Life Pulse: Episodes From The
Story of The Fossil Record, Facts On File Publications, Nova York, p. 30
9.
Paul Davies (1999) The Fifth Miracle, The Search
for the Origin and The Meaning of Life, Simon & Schuster, New York,
pp.
250-257 (Hi ha edició en castellà, Paul Davies: El quinto
milagro, Planeta-De
Agostini, Barcelona 2004.
10. T.
R. Cech i D. Herschlag (1997) Group I
Ribozymes: Substrate Recognition, Catalytic Strategies and Comparative
Mechanistic Analysis, Nucleic Acids and Molecular Biology, Vol
10 pp.
1-17
11. L.
Jaeger, F. Mitchel, E. Westhof (1997) The
Structure Of Group I Ribozymes, Nucleic Acids and Molecular
Biology,
Vol 10 pp. 33-51
12.
A.M. Pyle (1997) Catalytic Reaction Mechanisms and
Structural Features of Group II Intron Ribozymes, Nucleic Acids
and
Molecular Biology, Vol 10 pp. 75-107
13.
David Deamer, Jason Dworkin, Scott Sandford, Max
Bernstein, Louis Allamandola (2002) The First Cell Membranes, Astrobiology,
Vol 2 pp. 371-381
14.
Robert Deyes (1998) Observacions inèdites, Treball
realitzat a LPCCNM-UPRES 2308, Faculté De Pharmacie,
Université Louis Pasteur,
Illkirch, França
15.
Michael Zuker (2003) Mfold web server for nucleic
acid folding and hybridization prediction, Nucleic Acids Res,
Vol
31 pp. 3406-15 (és una versió actualitzada de la que vaig
emprar en la meva
recerca)
16.
Daniel Herschlag (1991) Implications Of Ribozyme
Kinetics For Targeting The Cleavage Of Specific RNA Molecules In Vivo:
More
Isn't Always Better, Proc. Natl, Acad, Sci. USA, Vol 88 pp.
6921-6925
17.
Thomas Creighton (1993) Proteins, Structure and
Molecular Properties, W.H. Freeman and Company, Nova York, p. 387
18.
Ibid, p.107
19.
Michael P. Robertson y William G. Scott (2007) The
Structural Basis of Ribozyme-Catalyzed RNA Assembly, Science,
Vol.
315 pp. 1549-1553
20.
Gordon C. Mills i Dean Kenyon (1996) The RNA
World: A Critique, Origins & Design 17:1, Veure http://www.arn.org/docs/odesign/od171/rnaworld171.htm#note4
21.
Richard Dawkins (1989) The Selfish Gene, 2nd Ed,
Oxford University Press, Oxford, Regne Unit, p. 18.
*
Robert Deyes és
biòleg molecular, y ha treballat en recerca en biologia
cel·lular i genètica
molecular a centres com la Universitat de Portsmouth, Regne Unit; la
Universitat d'Atenes, Grècia; l'Institut Duncan Guthrie de
Genètica Mèdica de
la Universitat de Glasgow, Escòcia; el Departament de
Farmacologia de la Universitat
Lous Pasteur, a Illkirch, França. És autor de set
articles científics a
diverses revistes com Cell Notes i Neural
Notes, entre d'altres. Ha
participat com a representant científic a la Conferència
sobre Seqüenciació i
Anàlisi del Genoma (2002, 2003 y 2004), al XIX Simposi sobre
Identificació
Humana (2008) y a la Conferència de la Societat de
Bioquímica de Méxic sobre
Transducció de Senyals (2009). Actualment viu a Wisconsin, EE.
UU.
Per l'original en
anglès, pot accedir a Catalytic
RNA: An Unworthy Catalyst For A Serious 'Origins' Discussion
