Un modelo computacional desvela posibles síntesis prebióticas

Es difícil investigar los orígenes de la vida sin saber qué componentes químicos había disponibles entonces. Un equipo de investigación dirigido por Bartosz Gryzbowski y Sara Szymkuć ha creado un software llamado Allchemy que genera redes de moléculas prebióticas potenciales a partir de un puñado de simples materiales de partida (Science 2020, DOI: 10.1126/science.aaw1955). La red muestra que la química compleja podría haber surgido a partir de un conjunto básico de pequeñas moléculas que estaban presentes en la Tierra primitiva.

Para crear este software, el equipo tomó como punto de partida lo que los químicos saben sobre aquellas síntesis prebióticas que probablemente eran posibles en nuestro planeta antes de que surgiera la vida. Luego introdujeron en el programa seis materiales de partida que estaban presentes en la Tierra primitiva: metano, amoníaco, agua, cianuro de hidrógeno, gas nitrógeno y sulfuro de hidrógeno.

Allchemy aplicó las reglas de reacción de forma iterativa para crear generaciones sucesivas de productos de reacción, conectados entre sí por una ruta sintética propuesta por el programa. Esto creó una red de cientos de potenciales moléculas prebióticas que incluyen muchas biomoléculas como el ácido cítrico y el ácido úrico.

Szymkuć, un químico orgánico computacional de Allchemy, estaba emocionado por la aparición de nueva química con cada iteración del programa. Con el tiempo, “se hacen posibles nuevas reacciones que generan cada vez más diversidad”, dice. Esto muestra posibles vías por las cuales la química prebiótica podría haberse vuelto más compleja, lo que llevó al surgimiento de la vida a medida que nuevas reacciones iban generando materiales cada vez más diversos.

Además de “redescubrir” la síntesis de biomoléculas descrita previamente en la literatura, la red también sugirió preparaciones prebióticas que aún no habían sido simuladas en laboratorios prácticos. El equipo validó las predicciones del programa mediante la realización de nuevas síntesis prebióticas de moléculas que incluyen ácido cítrico, diglicina y ácido úrico.

El software también propuso ciclos moleculares, que son rutas sintéticas circulares que regeneran las mismas moléculas en secuencia. La biología utiliza ciclos como estos para mantener el metabolismo con procesos como el ciclo de Krebs. En uno de los ejemplos se confirmó en el laboratorio una síntesis de autorregeneración propuesta de ácido iminodiacético con una recuperación del 126% del material de partida en una síntesis de varios pasos. Gryzbowski, un químico físico orgánico del Instituto de Ciencias Básicas de Corea del Sur, espera que su red Allchemy, que está disponible públicamente, ayude a los científicos a encontrar aún más ciclos prebióticos potenciales.

El software proporciona conocimientos que son difíciles de producir para los químicos humanos, dice Wilhelm Huck, químico de sistemas de la Universidad de Radboud en los Países Bajos. Pero matiza que Allchemy está limitado porque no incluye datos cinéticos para todas las reacciones. Esta información clave a menudo no se encuentra disponible en la literatura que se utiliza para alimentar el software. “Si se desea saltar de las moléculas a la vida, entonces en algún momento las reacciones deben crear alguna función, y la función a menudo se seleccionará en función de la cinética”, indica.

El equipo de investigación está trabajando actualmente en aumentar la potencia del sistema para crear y explorar redes más robustas. Aunque está de acuerdo en que la falta de cinética es una limitación, Gryzbowski espera que Allchemy muestre cómo la computación puede ayudar en la búsqueda de los orígenes de la vida.