En algún momento durante la evolución de la vida en la Tierra, la materia inorgánica se volvió orgánica, la materia no viva se volvió vivir. Cómo sucedió esto es uno de los mayores misterios de la humanidad. Hoy, los científicos trabajan para desarrollar células sintéticas que imiten las células vivas, con la esperanza de descubrir pistas que ayudarán a responder la pregunta: ¿Cómo comenzó la vida en la Tierra?
Si bien no hay una definición única de vida, tres elementos se repiten en la biología:
- compartimentación: una barrera que separa el interior de una célula del medio ambiente;
- Metabolismo: construir y descomponer las moléculas para llevar a cabo la función celular; y
- Selección: un proceso en el que ciertas moléculas son favorecidas sobre otras.
En el pasado, los investigadores se han centrado en la compartimentación, pero no en el metabolismo. Sin embargo, este ciclo de construir y descomponer las moléculas es un aspecto crítico de cómo las células vivas responden a los estímulos ambientales, replican y evolucionan.
Ahora investigadores de la Universidad de California San Diego han diseñado un sistema que sintetiza las membranas celulares e incorpora actividad metabólica. Su trabajo aparece en Química de la naturaleza y aparece en la portada de la edición de junio de 2025.
Las células que carecen de una red metabólica están atascadas: no pueden remodelar, crecer o dividir. La vida hoy está altamente evolucionada, pero queremos entender si el metabolismo puede ocurrir en sistemas químicos muy simples, antes de que ocurriera la evolución de la biología más compleja “.
Neal Devaraj, el presidente de Murray Goodman en química y bioquímica en UC San Diego e investigador principal en el periódico
Los lípidos son compuestos grasos que juegan un papel crucial en muchas funciones celulares. En las células vivas, las membranas lipídicas sirven como barreras, separando células del entorno externo. Las membranas lipídicas son dinámicas, capaces de remodelarse en respuesta a las demandas celulares.
Como un paso crucial para comprender cómo evolucionaron las células vivas, el laboratorio de Devaraj diseñó un sistema donde los lípidos no solo pueden formar membranas, sino a través del metabolismo, también puede descomponerlas. El sistema que crearon era abiótico, lo que significa que solo se usaba materia no viva. Esto es importante para ayudar a comprender cómo surgió la vida en la tierra prebiótica, cuando solo existía la materia no viva.
“Estamos tratando de responder a la pregunta fundamental: ¿Cuáles son los sistemas mínimos que tienen las propiedades de la vida?” dijo Alessandro Fracassi, erudito postdoctoral en el laboratorio de Devaraj y primer autor en el periódico.
El ciclo químico que crearon utiliza un combustible químico para activar los ácidos grasos. Los ácidos grasos luego se combinan con lisofosfolípidos, que generan fosfolípidos. Estos fosfolípidos forman membranas espontáneamente, pero en ausencia de combustible, se descomponen y regresan a los componentes de ácidos grasos y lisofosfolípidos. El ciclo comienza de nuevo.
Ahora que han demostrado que pueden crear una membrana celular artificial, quieren continuar agregando capas de complejidad hasta que hayan creado algo que tiene muchas más de las propiedades que asociamos con la “vida”.
“Sabemos mucho sobre las células vivas y de lo que están hechos”, dijo Fracassi. “Pero si colocó todos los componentes separados, en realidad no entendemos cómo armarlos para que la celda funcione como lo hace. Estamos tratando de recrear una celda primitiva pero funcional, una capa a la vez”.
Además de arrojar luz sobre cómo la vida puede haber comenzado en un entorno abiótico, el desarrollo de células artificiales puede tener un impacto en el mundo real. La entrega de medicamentos, la biomanufactura, la remediación ambiental, los sensores biomiméticos son posibilidades en las próximas décadas a medida que continuamos profundizando nuestra comprensión de cómo llegó a ser la vida en la tierra.
“Es posible que no veamos este tipo de avances durante 10 o 20 años”, señaló Devaraj. “Pero tenemos que hacer el trabajo hoy, porque todavía tenemos mucho que aprender”.
Autores: Alessandro Fracassi, Andrés Seoane, Hong-Guen Lee, Alexander Harjung y Neal K. Devaraj (todos UC San Diego); y Roberto J. Brea (Universidade da Coruña (España)).
Este trabajo fue financiado por la National Science Foundation (CHE-2304664).
