27 ene. 2014

Nanotecnologia y el Origen de la Vida




   En 1953, justo cuando Watson y Crick reportaban la estructura del ADN, Miller y Urey reportaban la síntesis de moléculas orgánicas sencillas en condiciones parecidas a las existentes en la tierra primitiva. Este experimento desterró para siempre el vitalismo que había perdurado por siglos y abrió nuevos caminos en términos de una racionalidad científica para entender como se formó la vida en la tierra sin necesitar “diseñadores inteligentes o divinos”.

   Muchos años han pasado desde tal descubrimiento y aun se debaten los principios y reacciones que llevaron a que una sopa de moléculas orgánicas sencillas tales como aminoácidos, azúcares y nucleótidos formaran los primeros biopolímeros y agregados moleculares de mayor complejidad relevantes para la vida. Y es aquí donde se encuentra una muy interesante e íntima conexión entre disciplinas que parecen distantes y con intereses divergentes: la nanotecnología y el estudio del origen de la vida.

   
   La nanotecnología, por su lado, busca diseñar sistemas moleculares auto-replicantes y auto-organizados con precisión atómica y que tengan control a nivel atómico y molecular de lo que ensamblan. Para ello busca entender los principios fisicoquímicos que lo permiten. La nanotecnología usa bastante conceptos de termodinámica (entropía, disipación, sistemas dinámicos en equilibrio o fuera de el), de auto-ensamblado (o química supramolecular), reacciones de química orgánica (o biosíntesis para la bionanotecnología), auto-organización, complejidad, cooperatividad, etc. Así está continuamente diseñando moléculas que pueden formar agregados multi-moleculares altamente organizados y complejos con funciones particulares y que puedan auto-replicarse. Por su parte el estudio del origen de la vida busca encontrar como se formaron los primeros auto-replicadores moleculares con capacidad para auto-organizarse o posibles rutas de creación (enzimas, ribosomas, DNA, RNA). Es decir la nanotecnología y el estudio del origen de la vida comparten objetivos similares aunque sus fines y motivaciones sean distintas.

   Es así que si a través de la nanotecnología somos capaces de construir sistemas moleculares con capacidad de auto-organización y auto-replicación (tal como se encuentra en los sistemas vivos), estaremos verificando no solo la idea de que es posible obtener algo parecido a los sistemas naturales replicantes a partir de moléculas simples si no también señalando los principios y rutas químicas de los que se pudo haber valido la naturaleza para desarrollarlos y para entender como la vida apareció en la faz de la tierra.

   Si usando nanotecnología podemos construir sistemas auto-replicantes y auto-organizados, entonces la naturaleza también pudo hacerlo.


El hecho de que la nanotecnología y el estudio del origen de la vida comparten varios conceptos clave, enfoques de estudio y hasta las mismas preguntas no sorprende tanto cuando se observa como los científicos hablan de que la naturaleza usa nanotecnología para llevar a cabo las actividades necesarias para existir. Muchos grupos alrededor del mundo están desarrollando moléculas que funcionan como “auto-replicadores” con fines para crear materiales y procesos industriales y biomédicos interesantes (entrada del blog: Diseñando un virus). Prominentes científicos en el área de la nanotecnología tienen líneas de investigación acerca del origen de la vida (Harvard-Whitesides Lab). Y otros que estudian el origen de la vida se han acercado a temas de nanotecnología y biología sintética (Pier Luigi Luisi Lab).



   En el futuro quizás la (bio)nanotecnología podría dar respuesta a las preguntas relevantes para explicar cómo se origino la vida en el planeta: ¿Cómo se originan (ó originaron) las máquinas moleculares auto-replicantes? ¿Cuales son los principios en que se basan las proteínas y ácidos nucleicos para formar agregados (parecidos a una célula o un virus)? ó ¿para reproducirse? ó ¿para auto-organizarse?
  
   La importancia de la nanotecnología entonces no solo es para desarrollar moléculas que resuelvan y atiendan problemas de la sociedad si no que además podría verificar principios o probar posibles rutas para explicar como llegaron a aparecer las primeras células o la materia que llamamos “viva”.

Para saber más:
-       Drexler K. E. La nanotecnología: El surgimiento de las máquinas de creación. Ed. Gedisa, 1993.
-       Luisi P. L. La vida emergente: De los orígenes químicos a la biología sintética. Tusquets editores, 2010.
-       Sowerby S.  Origins of life: a route to nanotechnology. Biosystems, 61(1), 2001.