Un equipo de científicos de la Universidad de Rutgers dedicado a determinar los orígenes primigenios del metabolismo -un conjunto de reacciones químicas básicas que impulsaron por primera vez la vida en la Tierra- ha identificado parte de una proteína que podría proporcionar a los científicos pistas para detectar planetas a punto de producir vida.

Según Vikas Nanda, investigador del Centro de Biotecnología y Medicina Avanzadas (CABM) de Rutgers, la investigación, publicada en Science Advances, tiene importantes implicaciones en la búsqueda de vida extraterrestre, ya que proporciona a los investigadores una nueva pista que buscar.

Basándose en estudios de laboratorio, los científicos de Rutgers afirman que uno de los candidatos químicos más probables para iniciar la vida fue un péptido simple con dos átomos de níquel al que llaman “Nickelback”, no porque tenga nada que ver con la banda de rock canadiense, sino porque los átomos de nitrógeno de su columna vertebral enlazan dos átomos de níquel críticos. Un péptido es un constituyente de una proteína formado por unos pocos elementos básicos conocidos como aminoácidos.

La hidrogenasa Ni-Fe y la ACS (derecha) son proteínas grandes y complejas con sitios di-metálicos activos coordinados por unos pocos ligandos. La estructura modelo de NB (centro) combina elementos de ambos sitios activos en un polipéptido de 13 residuos | foto Jennifer Timm et al.

Los científicos creen que hace entre 3.500 y 3.800 millones de años se produjo un punto de inflexión que inició el cambio de la química prebiótica (moléculas anteriores a la vida) a los sistemas biológicos vivos, explica Nanda, catedrático de Bioquímica y Biología Molecular de la Facultad de Medicina Robert Wood Johnson. Creemos que el cambio lo desencadenaron unas pocas proteínas precursoras pequeñas que realizaban pasos clave en una antigua reacción metabólica. Y creemos haber encontrado uno de estos ‘péptidos pioneros’.

Los científicos que llevan a cabo el estudio forman parte de un equipo dirigido por Rutgers denominado Evolución de las Nanomáquinas en Geoesferas y Ancestros Microbianos (ENIGMA), que forma parte del Programa de Astrobiología de la NASA. Los investigadores tratan de entender cómo evolucionaron las proteínas hasta convertirse en el catalizador predominante de la vida en la Tierra.

Al rastrear el universo con telescopios y sondas en busca de señales de vida pasada, presente o emergente, los científicos de la NASA buscan “biofirmas” específicas conocidas como precursoras de la vida. Péptidos como el níquelback podrían convertirse en la última bioseñal empleada por la NASA para detectar planetas a punto de producir vida, según Nanda.

Una representación por ordenador del péptido Nickelback muestra los átomos de nitrógeno de la columna vertebral (azul) que unen dos átomos críticos de níquel (naranja). Los científicos de Rutgers que identificaron este fragmento de proteína creen que puede proporcionar pistas para detectar planetas a punto de producir vida | foto Laboratorio Nanda

Una sustancia química instigadora original, razonaron los investigadores, tendría que ser lo bastante simple como para poder ensamblarse espontáneamente en una sopa prebiótica. Pero tendría que ser lo bastante activa químicamente como para poseer el potencial de tomar energía del entorno para impulsar un proceso bioquímico.

Para ello, los investigadores adoptaron un enfoque “reduccionista”: Empezaron por examinar las proteínas contemporáneas existentes que se sabe están asociadas a procesos metabólicos. Sabiendo que las proteínas eran demasiado complejas para haber surgido antes, las redujeron a su estructura básica. Tras varias secuencias de experimentos, los investigadores llegaron a la conclusión de que el mejor candidato era Nickelback. El péptido está formado por 13 aminoácidos y une dos iones de níquel.

El níquel, razonaron, era un metal abundante en los primeros océanos. Al unirse al péptido, los átomos de níquel se convierten en potentes catalizadores que atraen protones y electrones adicionales y producen hidrógeno gaseoso. El hidrógeno, según los investigadores, también era más abundante en la Tierra primitiva y habría sido una fuente crítica de energía para alimentar el metabolismo.

Esto es importante porque, aunque hay muchas teorías sobre los orígenes de la vida, hay muy pocas pruebas reales de laboratorio de estas ideas, dijo Nanda. Este trabajo demuestra que, no sólo son posibles las enzimas metabólicas proteicas simples, sino que son muy estables y muy activas, lo que las convierte en un punto de partida plausible para la vida.

También participaron en el estudio investigadores del City College de Nueva York.


Fuentes

Rutgers, The State University of New Jersey | Jennifer Timm, Douglas H. Pike et al., Design of a Minimal di-Nickel Hydrogenase Peptide, Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.abq1990


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