Células esenciales para la vida creadas con química artificial

Científicos de Harvard han acercado una respuesta al origen de la vida creando sistemas químicos artificiales similares a las células que simulan el metabolismo, la reproducción y la evolución.

Los resultados se publicaron recientemente en PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences).

"Esta es la primera vez, que yo sepa, que alguien ha logrado algo similar: generar una estructura con las propiedades de la vida a partir de algo completamente homogéneo a nivel químico y sin ninguna similitud con la vida natural", declaró Juan Pérez-Mercader, investigador principal del Departamento de Ciencias de la Tierra y Planetarias y de la Iniciativa Orígenes de la Vida, autor principal del estudio. "Estoy súper entusiasmado con esto".

Según Dimitar Sasselov, director de la Iniciativa Orígenes de la Vida, el artículo supone un avance importante al demostrar cómo se puede construir un sistema simple y autocreador a partir de moléculas no bioquímicas.

"Al imitar aspectos clave de la vida, nos permite comprender mejor los orígenes y la evolución temprana de las células vivas", afirmó Sasselov, quien no participó en el nuevo estudio.

La evidencia más antigua conocida de vida son diminutos fósiles de microbios antiguos de unos 3.800 millones de años. Sin embargo, su descubrimiento no resolvió el misterio de cómo o cuándo comenzó la vida. ¿Qué moléculas biológicas simples dieron origen a células complejas? ¿Hubo un origen único o múltiples eventos? ¿Comenzó la vida en la Tierra o en otro planeta?

Estas preguntas han intrigado a los biólogos durante siglos. Charles Darwin especuló que la vida comenzó en un "pequeño estanque cálido" y luego se diversificó en diversas formas.

En la década de 1950, Stanley Miller y el premio Nobel Harold Urey realizaron experimentos en la Universidad de Chicago en los que simularon las condiciones de la Tierra primigenia (una atmósfera de metano, amoníaco, hidrógeno y agua con arcos eléctricos) y produjeron aminoácidos, las moléculas orgánicas que forman los componentes básicos de las proteínas.

En este debate intervino Pérez-Mercader, un científico español que se describe a sí mismo como un "joven de 77 años". Formado como físico teórico, dedicó sus primeros años de carrera a investigar las teorías de la gran unificación, la supersimetría, la supergravedad y las supercuerdas.

En la década de 1990, se dedicó a la astrobiología y fundó el Centro de Astrobiología en Madrid en colaboración con la NASA, y fue testigo de la participación de España en el Mars Science Laboratory -el rover Curiosity- de la NASA.

En 2010, llegó a Harvard con otra gran tarea. "Intento comprender por qué existe la vida aquí", declaró. Todas las formas de vida comparten algunos atributos básicos: procesan información química, metabolizan algún tipo de energía (como consumir alimentos o realizar la fotosíntesis) para mantenerse y construir partes del cuerpo, se reproducen y evolucionan en respuesta al entorno.

Pérez-Mercader elaboró ecuaciones matemáticas para la física y la química básicas de la biología y utilizó sus soluciones como guía para sintetizar vida artificial en un tubo de ensayo.

Durante años, estos esfuerzos se quedaron en meras exploraciones teóricas sin demostración experimental. Luego se produjo un gran avance en el laboratorio con la llegada del autoensamblaje inducido por polimerización, un proceso en el que nanopartículas desordenadas se diseñan para emerger espontáneamente, autoorganizarse y ensamblarse en objetos estructurados a escalas de millonésimas o milmillonésimas de metro.

Finalmente, estas herramientas permitieron a Pérez-Mercader y sus colegas dar vida a sus teorías, literalmente, informa la Universidad de Harvard.

En el nuevo estudio, el equipo buscó demostrar cómo la vida podría "surgir" a partir de materiales similares a los disponibles en el medio interestelar (las nubes de gases y partículas sólidas resultantes de la evolución de las estrellas en una galaxia), además de la energía luminosa de las estrellas. Un tubo de ensayo sirvió como la versión de laboratorio del "pequeño estanque cálido" de Darwin.

El equipo mezcló cuatro moléculas no bioquímicas (pero basadas en carbono) con agua dentro de viales de vidrio rodeados de bombillas LED verdes, similares a las luces navideñas. Al encenderse las luces, la mezcla reaccionó y formó anfífilos, o moléculas con partes hidrófobas (rechazadoras del agua) e hidrófilas (amantes del agua).

Las moléculas se autoensamblaron en estructuras esféricas llamadas micelas. Estas estructuras atraparon líquido en su interior, donde desarrolló una composición química diferente y se convirtió en "vesículas" de aspecto celular, o sacos llenos de líquido.

Finalmente, las vesículas expulsaron más anfífilos, similares a las esporas, o simplemente se abrieron, y los componentes sueltos formaron nuevas generaciones de estructuras más parecidas a las células. Sin embargo, el creciente número de esporas expulsadas difirió ligeramente entre sí, y algunas demostraron tener mayor probabilidad de sobrevivir y reproducirse, modelando así lo que los investigadores denominaron "un mecanismo de variación hereditaria laxa", la base de la evolución darwiniana.