Clay, una mezcla aparentemente estéril de minerales, podría haber sido la cuna de la vida en la Tierra. O por lo menos, de las complejas bioquímicos que hacen posible la vida, la Universidad de Cornell informe ingenieros biológica en la edición en línea del 07 de noviembre de la revista Scientific Reports , publicado por Nature Publishing.
“Proponemos que a principios de la historia geológica de hidrogel arcilla proporciona una función de confinamiento de las biomoléculas y las reacciones bioquímicas”, dijo Dan Luo, profesor de ingeniería biológica y ambiental y un miembro del Instituto Kavli de Cornell para la Nanotecnología.
En el agua de mar antiguos simulados, arcilla forma un hidrogel – una masa de espacios microscópicos capaces de absorber líquidos como una esponja.Durante miles de millones de años, los productos químicos confinados en esos espacios podrían haber llevado a cabo las reacciones complejas que forman las proteínas, el ADN y, finalmente, toda la maquinaria que hace que una obra célula viva.Hidrogeles arcilla podrían haber confinado y protegido aquellos procesos químicos hasta que la membrana que rodea las células vivas desarrollados.
A fin de probar la idea, el grupo Luo ha demostrado la síntesis de proteínas en un hidrogel arcilla. Los investigadores utilizaron previamente hidrogeles sintéticos como un medio “libre de células” para la producción de proteínas. Llene el material esponjoso con el ADN, los aminoácidos, las enzimas adecuadas y unos pocos bits de la maquinaria celular y usted puede hacer las proteínas para que codifica el ADN, tal como puede ser que en una tina de células.
Para que el proceso sea útil para producir grandes cantidades de proteínas, como en la fabricación de medicamentos, se necesita una gran cantidad de hidrogel, por lo que los investigadores se propusieron encontrar una forma más barata de hacerlo. Investigador Postdoctoral Dayong Yang dio cuenta de que la arcilla forma un hidrogel. ¿Por qué considerar la arcilla? ”Es muy barato”, dijo Luo. Mejor aún, resultó inesperadamente que el uso de la arcilla producción de proteína mejorada.
Pero entonces se le ocurrió a los investigadores que lo que habían descubierto podría responder a una pregunta de larga data acerca de cómo evolucionaron las biomoléculas.Experimentos realizados por el difunto Carl Sagan de Cornell y otros han demostrado que los aminoácidos y otras biomoléculas podrían haberse formado en los océanos primordiales, aprovechando la energía de un rayo o respiraderos volcánicos.Sin embargo, en la inmensidad del océano, ¿cómo estas moléculas se unen a menudo suficiente para ensamblarse en estructuras más complejas, y lo que los protegidos de las inclemencias del ambiente?
Previamente, los científicos sugirieron que los pequeños globos de grasa o polímeros que podrían haber servido como precursores de las membranas celulares. La arcilla es una posibilidad prometedora porque biomoléculas tienden a adherirse a su superficie, y los teóricos han demostrado que el citoplasma – el medio ambiente interior de una célula – se comporta como un hidrogel. Y, Luo dijo, un hidrogel arcilla protege mejor su contenido de enzimas perjudiciales (llamado “nucleasas”) que pueden desmantelar ADN y otras biomoléculas.
Como prueba adicional, la historia geológica muestra que la arcilla apareció por primera vez – como silicatos de lixiviados de rocas – justo en el momento biomoléculas comenzaron a formar en protocélulas – estructuras similares a células, pero incompleto – y, finalmente, las células de la membrana cerrados.Los eventos geológicos emparejados bien con eventos biológicos.
¿Cómo estas máquinas biológicas evolucionadas queda por explicar, dijo Luo. Por ahora su grupo de investigación está trabajando para entender por qué un hidrogel arcilla funciona tan bien, con la vista puesta en las aplicaciones prácticas en la producción de proteínas libre de células.
Luo colaboró con el profesor Max Lu del Instituto Australiano de Bioingeniería y Nanotecnología de la Universidad de Queensland en Australia. El trabajo se realizó en el Centro Cornell de Investigación de Materiales, baño compartido, apoyado por la Fundación Nacional de Ciencia