Cuando los científicos piensan sobre la replicación de la información en química, usualmente tienen en mente algo parecido a lo que ocurre en los organismos vivos cuando obtienen una copia del ADN: una molécula de doble hélice que contiene información en secuencia, hace nuevas copias de la molécula.

Sin embargo, unos investigadores del Instituto Tecnológico de California (Caltech) han demostrado ahora que también puede utilizarse un mecanismo diferente para copiar la información de la secuencia.

En esta versión alternativa del proceso, primeramente se hacen crecer pequeños cristales de ADN formados por muchas copias de una pieza de información, luego se fragmentan en varios trozos por escisión mecánicamente inducida. Los nuevos fragmentos de cristal contienen toda la información necesaria para mantener una copia de la secuencia. Cada pieza comienza a replicar su información y a crecer hasta romperse nuevamente, sin la ayuda de las enzimas, un ingrediente esencial en la replicación de las secuencias biológicas.

El mecanismo de copia del genoma utilizado por las células requiere un control estricto entre la separación de las hebras de ADN y el proceso de copia. En cambio, no se necesita esa coordinación en el sistema diseñado por el equipo de Rebecca Schulman (ahora profesora en la Universidad Johns Hopkins, en Baltimore, Maryland, Estados Unidos). El sistema alternativo funciona de un modo más simple. Esto sugiere que puede haber otros mecanismos de copia de información mediante sustancias, que podrían ser más sencillos que el proceso que usan las células. Schulman y sus colegas han demostrado que este método alternativo es capaz por lo menos de llevar un mensaje químico dado (una secuencia de ceros y unos, por ejemplo) y hacer más copias del mensaje a través de un nuevo ciclo artificial de autorreplicación.

La idea de que los cristales pueden autorreplicarse fue presentada por primera vez por el químico orgánico y biólogo molecular Graham Cairns-Smith en 1965. Él propuso asimismo que esos cristales podrían haber sido las primeras sustancias autorreplicadoras capaces de evolución darwiniana. Su teoría resultó demasiado controvertida para la mentalidad de aquella época, y sus ideas nunca obtuvieron mucho apoyo. Pero, según Erik Winfree, profesor de Ciencias de la Computación, Sistemas Neurales y Bioingeniería en el Caltech, y miembro del equipo de investigación, el nuevo estudio muestra que la hipótesis de Cairns-Smith sobre el origen de la vida es más plausible de lo que se creía.

Estructuras de ADN en crecimiento. (Foto: Rebecca Schulman)

«En general, encontramos que los principios y mecanismos de Cairns-Smith son sólidos, y aunque no hemos demostrado experimentalmente todos los puntos de su teoría, la autorreplicación a través del crecimiento y escisión de cristales debería ser suficiente para la evolución darwiniana», explica Winfree. Esto se debe a que los cristales de ADN pueden ser programados para procesar la información durante el crecimiento, lo que les permite adaptarse a su entorno. Lo descubierto en el estudio podría incluso formar la base de nuevas tecnologías moleculares para la fabricación de objetos complejos a escala nanométrica, capaces de autorreplicarse, tal como señala Winfree.

La nueva investigación de Winfree y sus colaboradores indica que es posible diseñar un mecanismo para copiar información química muy precisa sin depender de enzimas biológicas para ensamblar y separar copias de la secuencia. En vez de recurrir a eso, los investigadores se basaron en las reacciones de enlace y fragmentación moleculares que diseñaron, y en simples fuerzas mecánicas.

En la investigación también ha trabajado Bernard Yurke, de la Universidad Estatal de Boise en Idaho, Estados Unidos.