La biología codifica información en el ADN y el ARN, que son moléculas complejas sintonizadas con precisión para sus funciones. ¿Pero son la única forma de almacenar información molecular hereditaria? Algunos científicos creen que la vida tal como la conocemos no podría haber existido antes de que hubiera ácidos nucleicos,Por lo tanto, comprender cómo llegaron a existir en la Tierra primitiva es un objetivo fundamental de la investigación básica. El papel central de los ácidos nucleicos en el flujo de información biológica también los convierte en objetivos clave para la investigación farmacéutica, y las moléculas sintéticas que imitan los ácidos nucleicos forman la base de muchos tratamientospara enfermedades virales, incluido el VIH. Se conocen otros polímeros similares a los ácidos nucleicos, pero aún se desconoce mucho sobre posibles alternativas para el almacenamiento de información hereditaria. Mediante métodos computacionales sofisticados, los científicos del Instituto de Ciencias de la Vida de la Tierra ELSI en el Instituto de Tecnología de Tokio, el Centro Aeroespacial Alemán DLR y la Universidad Emory exploraron el "vecindario químico" del ac nucleicoID análogos.Sorprendentemente, encontraron más de un millón de variantes, lo que sugiere un vasto universo inexplorado de química relevante para la farmacología, la bioquímica y los esfuerzos por comprender los orígenes de la vida.Las moléculas reveladas por este estudio podrían modificarse aún más para proporcionar cientos de millones de posibles pistas de medicamentos farmacéuticos.
Los ácidos nucleicos se identificaron por primera vez en el 19 th siglo, pero su composición, papel biológico y función no fueron entendidos por los científicos hasta el 20 th siglo. El descubrimiento de la estructura de doble hélice del ADN por Watson y Crick en 1953 reveló una explicación simple de cómo funcionan la biología y la evolución. Todos los seres vivos en la Tierra almacenan información en el ADN, que consiste en dos hebras de polímero envueltas comoun caduceo, con cada hebra como complemento de la otra. Cuando las hebras se separan, al copiar el complemento en cualquiera de las plantillas se obtienen dos copias del original. El polímero de ADN en sí está compuesto de una secuencia de "letras", las basesLa adenina A, la guanina G, la citosina C y la timina T y los organismos vivos han desarrollado formas de asegurarse de que durante la copia del ADN se reproduzca casi siempre la secuencia de letras apropiada. La secuencia de bases se copia enARN por proteínas, que luego se lee en una secuencia de proteínas. Las proteínas en sí mismas permiten un país de las maravillas de procesos químicos finamente ajustados que hacen posible la vida.
Ocurren pequeños errores ocasionalmente durante la copia de ADN, y otros a veces son introducidos por mutágenos ambientales. Estos pequeños errores son el forraje para la selección natural: algunos de estos errores dan como resultado secuencias que producen organismos más en forma, aunque la mayoría tienen poco efecto, y muchos inclusoprobar letal. La capacidad de las nuevas secuencias para permitir que sus anfitriones sobrevivan mejor es el "trinquete" que permite que la biología se adapte casi mágicamente a los desafíos en constante cambio que proporciona el medio ambiente. Esta es la razón subyacente del caleidoscopio de formas biológicas que vemos a nuestro alrededor.nosotros, desde las humildes bacterias hasta los tigres, la información almacenada en los ácidos nucleicos permite la "memoria" en biología. Pero, ¿son el ADN y el ARN la única forma de almacenar esta información? ¿O tal vez son la mejor manera, descubierta solo después de millones de años?de retoques evolutivos?
"Hay dos tipos de ácidos nucleicos en biología, y tal vez 20 o 30 análogos de ácido nucleico de unión a ácido nucleico eficaces. Queríamos saber si hay uno más o incluso un millón más. La respuesta es que hayparece ser mucho, mucho más de lo esperado ", dice el profesor Jim Cleaves de ELSI.
Aunque los biólogos no los consideran organismos, los virus también usan ácidos nucleicos para almacenar su información heredable, aunque algunos virus usan una ligera variante en el ADN, el ARN, como su sistema de almacenamiento molecular. El ARN difiere del ADN en presencia de un solosustitución de átomos, pero el ARN general juega con reglas moleculares muy similares a las del ADN. Lo sorprendente es que, entre la increíble variedad de organismos en la Tierra, estas dos moléculas son esencialmente las únicas que usa la biología.
Los biólogos y los químicos se han preguntado durante mucho tiempo por qué debería ser así. ¿Son estas las únicas moléculas que podrían realizar esta función? Si no, son quizás las mejores, es decir, otras moléculas podrían desempeñar este papel, y tal vez la biología las probófuera durante la evolución?
La importancia central de los ácidos nucleicos en la biología también los ha convertido en objetivos farmacológicos para los químicos. Si un fármaco puede inhibir la capacidad de un organismo o virus de transmitir su conocimiento sobre cómo ser infeccioso a la descendencia, efectivamente mata a los organismoso virus. Saquear la herencia de un organismo o virus es una excelente manera de matarlo. Afortunadamente para los químicos, y para todos nosotros, la maquinaria celular que maneja la copia de ácido nucleico en cada organismo es ligeramente diferente, y en los virus a menudo es muydiferente.
Los organismos con genomas grandes, como los humanos, deben tener mucho cuidado al copiar su información hereditaria y, por lo tanto, son muy selectivos sobre no usar los precursores incorrectos al copiar sus ácidos nucleicos. Por el contrario, los virus, que generalmente tienen genomas mucho más pequeños, son mucho másson más tolerantes al uso de moléculas similares, pero ligeramente diferentes, para copiarse, lo que significa que los productos químicos que son similares a los componentes básicos de los ácidos nucleicos, conocidos como nucleótidos, a veces pueden deteriorar la bioquímica de un organismo peor que otro.Los medicamentos virales que se usan hoy en día son análogos de nucleótidos o nucleósidos, que son moléculas que se diferencian por la eliminación de un grupo fosfato, incluidos los utilizados para tratar el VIH, el herpes y la hepatitis viral. Muchos medicamentos importantes contra el cáncer también son análogos de nucleótidos o nucleósidos, como células cancerosasa veces tienen mutaciones que los hacen copiar ácidos nucleicos de formas inusuales.
"Tratar de comprender la naturaleza de la herencia, y de qué otra manera podría incorporarse, es casi la investigación más básica que uno puede hacer, pero también tiene algunas aplicaciones prácticas realmente importantes", dice el coautor Chris Butch, anteriormente deELSI y ahora profesor en la Universidad de Nanjing.
Dado que la mayoría de los científicos creen que la base de la biología es información heredable, sin la cual la selección natural sería imposible, los científicos evolutivos que estudian los orígenes de la vida también se han centrado en formas de hacer ADN o ARN a partir de productos químicos simples que podrían haber ocurrido espontáneamente en la Tierra primitivaUna vez que existieran los ácidos nucleicos, muchos problemas en los orígenes de la vida y la evolución temprana tendrían sentido. La mayoría de los científicos piensan que el ARN evolucionó antes que el ADN, y por sutiles razones químicas que hacen que el ADN sea mucho más estable que el ARN, el ADN se convirtió en el disco duro de la vida.La investigación en la década de 1960 pronto dividió el campo de los orígenes teóricos en dos: los que vieron el ARN como la simple "Navaja de afeitar de Occam" al problema de los orígenes de la biología y los que vieron las muchas torceduras en la armadura de la síntesis abiológica del ARN.sigue siendo una molécula complicada, y es posible que moléculas estructuralmente más simples podrían haber servido en su lugar antes de que surgiera.
El coautor Dr. Jay Goodwin, químico de la Universidad de Emory, dice: "Es realmente emocionante considerar el potencial de sistemas genéticos alternativos, basados en estos nucleósidos análogos, que posiblemente podrían haber surgido y evolucionado en diferentes entornos, tal vezincluso en otros planetas o lunas dentro de nuestro sistema solar. Estos sistemas genéticos alternativos podrían expandir nuestra concepción del 'dogma central' de la biología en nuevas direcciones evolutivas, en respuesta y robustos a entornos cada vez más desafiantes aquí en la Tierra ".
Examinar todas estas preguntas básicas, qué molécula vino primero, qué es único sobre el ARN y el ADN, todo al mismo tiempo haciendo físicamente moléculas en el laboratorio, es difícil. Por otro lado, calcular las moléculas antes de hacerlas podría potencialmente salvar a los químicosmucho tiempo ". Nos sorprendió el resultado de este cálculo", dice el coautor Dr. Markus Meringer, "sería muy difícil estimar a priori que hay más de un millón de andamios similares a los ácidos nucleicos. Ahoralo sabemos, y podemos comenzar a analizar algunas de estas pruebas en el laboratorio "
"Es absolutamente fascinante pensar que al usar técnicas computacionales modernas podríamos encontrar nuevos medicamentos al buscar moléculas alternativas al ADN y al ARN que puedan almacenar información hereditaria. Son los estudios interdisciplinarios como este los que hacen que la ciencia sea desafiante ydivertido pero impactante ", dice el coautor Dr. Pieter Burger, también de la Universidad Emory.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto de Tecnología de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :