Lee Cronin: creando vida a partir de la materia

Antes de que la vida existiera en nuestro planeta, había sólo materia, material inorgánico “muerto”. ¿Cuales eran las posibilidades de que surgiera la vida? Y, ¿Qué otro tipo de química pudo usar? Por medio de la utilización de una definición elegante de vida (todo lo que pueda evolucionar), el químico Lee Cronin explora estas preguntas por medio de la creación de células inorgánicas utilizando un “Kit Lego” de moléculas inorgánicas  -sin carbono-  que puedan ensamblarse, replicarse y competir.

En los próximos 15 minutos voy a tratar de contarles una idea de cómo vamos a hacer que la materia cobre vida. Esto puede parecer un poco ambicioso pero, si nos miramos, si miramos nuestras manos, nos damos cuenta que estamos vivos. Esto es un comienzo. Esto empezó hace 4.000 millones de años en el planeta Tierra. Ha habido 4.000 millones años de vida orgánica, biológica. Como químico inorgánico, con mis amigos y colegas hacemos la distinción entre el mundo orgánico, vivo, y el mundo inorgánico, muerto. Voy a tratar de sembrar algunas ideas de cómo podemos transformar la materia inorgánica, muerta, en materia viva, en biología inorgánica.

Pero antes de eso quiero poner la biología en contexto. Estoy absolutamente fascinado por la biología. Me encanta hacer biología sintética. Me encantan las cosas vivas. Me encanta manipular la infraestructura de la biología. Pero dentro de esa infraestructura tenemos que recordar que la fuerza motriz de la biología viene en realidad de la evolución. Y la evolución, si bien fue establecida hace más de 100 años por Charles Darwin y mucha otra gente, la evolución sigue siendo un poco intangible. Y cuando hablo de la evolución darwiniana quiero decir una y sólo una cosa: la supervivencia del más apto. Olvidémonos de la evolución en un sentido metafísico. Pensemos la evolución en términos de una competencia de la prole en la que alguien gana.

Teniendo eso en mente, como químico, quería formularme la pregunta frustrada por la biología: ¿Cuál es la mínima unidad de materia capaz de experimentar una evolución darwiniana? Parece una pregunta bastante profunda. Como químicos no estamos acostumbrados a preguntas profundas cotidianas. Al pensarlo de repente me di cuenta que la biología nos daba una respuesta. Y, de hecho, la mínima unidad de materia que puede evolucionar en forma independiente es una célula simple… una bacteria.

Esto plantea tres preguntas muy importantes:
¿Qué es la vida? 
¿La biología es algo especial?
Los biólogos piensan que sí.
¿Evoluciona la materia? 
Si respondemos esas preguntas en orden inverso…
la tercera,
¿evoluciona la materia?
Si podemos responderla, entonces sabremos cuán especial es la biología y quizá, sólo quizá, nos haremos una idea de qué es realmente la vida.

Aquí hay algo de vida inorgánica. Este es un cristal muerto al que le voy a hacer algo y va a cobrar vida. Y pueden ver como que se poliniza, germina, crece. Este es un tubo inorgánico. Y todos estos cristales bajo el microscopio estaban muertos hace unos minutos y ahora parecen vivos. Claro, no están vivos. Es un experimento químico en el que he hecho un jardín de cristales. Pero cuando vi esto realmente me fascinó porque parecía tener vida. Y, mientras me detengo unos segundos, miren la pantalla. Pueden ver que la arquitectura crece, que llena el vacío. Esto está muerto. Yo estaba seguro de que, si de algún modo podemos hacer que las cosas imiten la vida, podremos dar un paso más. Veamos si podemos realmente crear vida.

Pero hay un problema; hasta hace quizá una década nos decían que la vida era imposible y que era éramos el milagro más increíble del universo. Que éramos los únicos en el universo. Ahora, eso es un poco aburrido. Por eso, como químico, yo quería decir: “Esperen. ¿Qué está pasando aquí? ¿Es tan improbable la vida?” Esta es realmente la pregunta. Creo que tal vez la aparición de las primeras células era tan probable como la de las estrellas. Demos ese paso adicional. Digamos que si la física de la fusión está codificada en el universo, quizá la física de la vida también lo esté. El problema con los químicos, y esto también es una gran ventaja, es que nos gusta centrarnos en los elementos. En biología el carbono ocupa un lugar central. En el universo, donde existe el carbono y la biología orgánica, tenemos toda esta maravillosa diversidad de la vida. Tenemos formas de vida increíbles que podemos manipular. Tenemos extremo cuidado en el laboratorio para tratar de evitar los distintos riesgos biológicos.

¿Y qué pasa con la materia? Si podemos hacer que la materia viva, ¿tendríamos esos riesgos? Pensemos; esta es una pregunta seria. Si su bolígrafo pudiera replicarse eso sería un problema. Por eso tenemos que pensar de manera diferente si vamos a hacer que las cosas cobren vida. Y también tenemos que ser conscientes de los problemas. Pero antes de poder crear vida pensemos un segundo qué es lo que caracteriza la vida. Perdonen lo complicado del diagrama. Esto es sólo una colección de caminos en la célula. Y para nosotros la célula es, obviamente, algo fascinante. Los biólogos sintéticos las están manipulando. Los químicos investigan las moléculas para estudiar enfermedades. Tenemos todos estos caminos al mismo tiempo. Hay regulación; se transcribe información; se crean catalizadores; pasan muchas cosas. Pero ¿qué hace la célula? Bueno, se divide, compite, sobrevive. Y creo que es ahí donde tenemos que empezar a pensar en la construcción de nuestras ideas sobre la vida.

Pero, ¿por qué otra cosa se caracteriza la vida? Bueno, me gusta pensarlo como una llama en una botella. Por eso aquí tenemos una descripción de células simples que se replican, metabolizan, y consumen mediante la química. Por eso tenemos que entender que si vamos a crear vida artificial, o entender el origen de la vida, tenemos que alimentarla de algún modo. Así que antes de empezar a crear vida en realidad tenemos que pensar de dónde vino. Y el propio Darwin reflexionaba en una carta a un colega que él pensaba que la vida probablemente surgió en algún pequeño estanque cálido por ahí; quizá no en Escocia, quizá en África, quizá en algún otro lado. Pero la respuesta realmente honesta es que no lo sabemos porque hay un problema con el origen. Remontémonos al pasado 4.500 millones de años; hay un gran caldo químico de materia. Y de esa materia vinimos.

Así que cuando piensen en la naturaleza improbable de lo que les voy a contar en los próximos minutos sólo recuerden que vinimos de materia del planeta Tierra. Y pasamos por una variedad de mundos. Los expertos en ARN hablan del mundo del ARN. De algún modo llegamos a las proteínas y al ADN. Luego llegamos al último ancestro. La evolución irrumpe… eso es lo genial. Y aquí estamos. Pero hay un obstáculo que no podemos superar. Se puede decodificar el genoma, ir hacia atrás, podemos vincularnos todos por un ADN mitocondrial, pero no podemos ir más allá del último ancestro, la última célula visible que pudimos secuenciar o a la cual nos retrotraemos en la historia. No sabemos cómo llegamos aquí.

Hay dos opciones: diseño inteligente, directo e indirecto; es decir, Dios o mi amigo. Ahora bien, hablar de que E.T. nos puso allí, o a otra forma de vida, sólo posterga el problema para más adelante. No soy político, soy científico. Lo otro en que tenemos que pensar es en el surgimiento de la complejidad química. Esto parece más probable. Hay una especie de caldo primigenio. Y da la casualidad que ésta es una buena fuente de los 20 aminoácidos. Y que de algún modo se combinaron estos aminoácidos y empezó la vida. Pero, ¿qué significa que empezó la vida? ¿Qué es la vida? ¿Qué es esto de la vida?

En los años 50 Miller-Urey realizó un experimento químico fantástico de tipo Frankenstein; fue el equivalente para el mundo químico. Tomaron los ingredientes básicos, los pusieron en el mismo frasco, los encendieron, y les aplicaron alto voltaje. Luego miraron qué había en la sopa y hallaron aminoácidos pero no salió nada, no había células. Toda esa disciplina se detuvo durante un tiempo y se reavivó en los años 80 con el surgimiento de tecnologías analíticas e informáticas.

En mi propio laboratorio el modo en que tratamos de crear vida inorgánica es mediante muchos y distintos formatos de reacción. Estamos tratando de hacer reacciones… no en un frasco, sino en decenas de frascos, y conectamos, como pueden ver en este sistema de flujo, todos estos tubos. Podemos hacerlo con microfluidos, podemos hacerlo litográficamente, podemos hacerlo con impresoras 3D, podemos hacerlo en gotas para los colegas. La clave es tener un montón de procesos químicos complejos burbujeando. Pero eso probablemente termine fracasando, por eso tenemos que centrar más la atención.

Y la respuesta, por supuesto, se encuentra en los ratones. Esto me recuerda lo que necesito como químico. Digo: “Bueno, quiero moléculas”. Pero necesito un metabolismo, necesito energía. Necesito información, y necesito un contenedor. Porque si quiero evolución necesito que los contenedores compitan. Así, si tenemos un contenedor es como entrar al coche. “Este es mi coche y voy a salir a alardear con él”. Me imagino que ocurre algo similar en la biología celular con el surgimiento de la vida. Así que estas cosas juntas, quizá nos dan la evolución. Y la forma de probarlo en el laboratorio es reducirlo a lo mínimo.

Por eso vamos a tratar de encontrar un kit de componentes inorgánicos de moléculas. Disculpen que puse moléculas en la pantalla pero se trata de un kit muy simple. Sólo hay 3 ó 4 tipos diferentes de bloques de construcción. Podemos combinarlos y hacer, literalmente, miles y miles de grandes estructuras nanomoleculares del mismo tamaño que el ADN y las proteínas pero sin carbono a la vista. El carbono es malo. Así, con este kit del tipo Lego, tenemos la diversidad que se requiere para el almacenamiento de información compleja sin ADN. Pero tenemos que crear contenedores. Y hace apenas unos meses en mi laboratorio pudimos tomar estas mismas moléculas y crear células con ellas. En pantalla pueden ver la creación de una célula. Ahora vamos a ponerle química en el interior y hacer química en esta célula. Todo lo que quería mostrarles es que podemos montar moléculas en membranas, en células reales, y luego eso establece una especie de darwinismo molecular, una supervivencia molecular del más apto.

Esta película de aquí muestra esa competencia entre moléculas. Las moléculas compiten por la materia. Todas están hechas de la misma materia pero cada una quiere que gane su forma. Cada una quiere que persista su forma. Y esa es la clave. Si de alguna manera podemos alentar a estas moléculas para que hablen unas con otras, adopten las formas correctas y compitan, empezarán a formar células que se replicarán y competirán. Si logramos hacer eso olvidémonos del detalle molecular.

Alejémonos y veamos qué podría significar eso. Tenemos esta teoría especial de la evolución que sólo se aplica a la biología orgánica, a nosotros. Si pudiéramos llevar la evolución al mundo material entonces propongo que deberíamos tener una teoría general de la evolución. Y eso es algo que vale la pena pensar. 

¿Controla la evolución la sofisticación de la materia del universo?

¿Existe alguna fuerza motriz que gracias a la evolución permita a la materia competir?

 Eso quiere decir que podríamos empezar a desarrollar distintas plataformas para explorar esta evolución. Así que imaginen, si fuéramos capaces de crear una forma de vida artificial autosustentable – esto no sólo nos contará el origen de la vida, sino que posiblemente no se necesita carbono para la vida; que puede usar cualquier cosa – luego podemos dar un paso más y desarrollar nuevas tecnologías porque entonces podemos usar control de software para que la evolución se codifique.

Imaginen que creamos una pequeña célula. Queremos ponerla en el ambiente y que sea alimentada por el sol. La ponemos en una caja con una luz encendida. Y ya no usamos más diseño. Hallamos lo que funciona. Deberíamos inspirarnos en la biología. La biología no tiene en cuenta el diseño a menos que funcione. Esto reorganizará la forma en que diseñamos las cosas. Pero no sólo eso, empezaremos a pensar en la forma de desarrollar una relación simbiótica con la biología. 

¿No sería genial si se pudiera tomar estas células biológicas artificiales y fusionarlas con células biológicas para corregir problemas a los que no podíamos hacer frente? 
El verdadero problema en la biología celular es que nunca vamos a entenderlo todo porque es un problema multidimensional el que plantea la evolución. La evolución no se puede escindir. De algún modo tenemos que hallar la función de aptitud. Y para mí la consecuencia profunda es que, si esto funciona, el concepto de gen egoísta avanza un nivel y empezamos a hablar de materia egoísta.

¿Y qué quiere decir esto en un universo en el que en este momento somos la forma más elevada de materia? Uds. están sentados en sus butacas. Son inanimadas, no tienen vida. Pero Uds están hechos de materia, usan materia, y hacen uso intensivo de ella. Por eso usar la evolución en biología y en biología orgánica, para mí es bastante atractivo, muy emocionante. Estamos realmente muy cerca de comprender los pasos clave que hacen que la materia muerta cobre vida. De nuevo, cuando piensen lo improbable de esto recuerden que hace 5.000 millones de años no estábamos aquí y no había vida. ¿Qué nos dice eso

del origen de la vida y de su significado? Tal vez yo, como químico, quiero mantenerme alejado de los términos generales; quiero pensar en los detalles. ¿Qué quiere decir eso sobre la definición de la vida? Realmente luchamos para lograrlo. Creo que si podemos hacer biología inorgánica y podemos hacer que la materia evolucione, eso, de hecho, definirá la vida. Pienso que la materia que puede evolucionar, está viva y esto nos da la idea de hacer materia que evolucione.

Muchas gracias.

(Aplausos)

Chris Anderson: Sólo una pregunta rápida en función del tiempo. ¿Crees que vas a tener éxito en este proyecto? ¿Cuándo?

Lee Cronin: Mucha gente piensa que el surgimiento de la vida llevó millones de años. Estamos proponiendo hacerlo en unas pocas horas, una vez que establezcamos la química correcta.

CA: ¿Y cuándo crees que va a pasar?

LC: Con suerte, en los próximos dos años.

CA: Eso sería una gran noticia. (Risas) En tu opinión, ¿qué posibilidad crees que hay de la existencia de vida que no dependa del carbono caminando en otro planeta… caminando, rezumando o algo así?

LC: Creo que hay un 100%. Porque la cosa es que nos centramos demasiado en la biología; si quitamos el carbono, pueden suceder otras cosas. Lo otro es que si pudiéramos crear vida que no se base en el carbono quizá podamos decirle a la NASA qué buscar. No vayan a buscar carbono, vayan en busca de materia que evoluciona.

CA: Lee Cronin, buena suerte. (LC: Muchas gracias)

(Aplausos)

Tomadó íntegro de Ted, ideas que vale la pena difundir.
 26 jul 2012

Fuente: http://www.pruebayerror.net/2012/07/lee-cronin-creando-vida-a-partir-de-la-materia/