La biología molecular busca construir células espejo

El anterior artículo¹ terminó con el párrafo “el paso siguiente: lograr crear una ‘célula espejo’ completa capaz de autorreplicarse.” La pregunta obvia es: ¿Cómo crear una célula espejo completa que pueda autorreplicarse?

Para crear una célula espejo artificial de ADN levógiro (ADN-L), capaz de autorreplicarse: no solo haría falta sintetizar desde cero el ADN-L; también habría que “fabricar desde cero”, la célula completa: con todos sus sistemas biológicos y metabólicos, “en sentido inverso” al de la “célula molde” que se utilizaría como “modelo” de la original y hacer que “todas las piezas encajen” y sean completamente funcionales en su “versión especular”. Para eso habría que superar 3 hitos científicos de la biología molecular ².

El dogma central del “espejo celular”

La célula espejo debe ser capaz de autorreplicarse⁴: si no puede duplicarse a sí misma, no será capaz de transmitir su información genética a una “célula espejo hija” y su creación se limitaría a “ella misma”. Completar el ciclo de información genética necesaria de la “versión celular izquierda” con ADN- requiere los mismos 3 pasos que para la “versión normal” con ADN-B. A saber:

Replicación: Pero con enzimas ADN polimerasa espejo que copien el ADN-L
Transcripción: Pero con ARN polimerasa espejo que crea el ARN mensajero
Traducción: El paso más crítico, ya que requiere de una síntesis química total de la fase de construcción que sintetice, desde cero, un ribosoma espejo. Recordemos que el ribosoma es la “fábrica molecular” de ARN, que sintetiza químicamente las proteínas de la célula y donde estas partes proteicas se “ensamblan para construir los bloques” de la célula réplica.

El quiraloma: la infraestructura celular de quiralidad inversa

Las células no solo tienen una estructura genética, también tienen una estructura física y una estructura biológica: todas deben ser “operativas” para que, la célula espejo sea completamente funcional. Además, estas estructuras deben ser “inversas” en todos sus componentes quirales. Dicho eso, para poder “crear” la infraestructura celular de quiralidad inversa que queremos necesitamos:

Membranas quirales inversas: las membranas celulares⁴ de las células normales no tienen una orientación específica; es decir, no son quirales. Pero los fosfolípidos⁵ que las constituyen sí, por lo que deberán ser sintetizados “con la mano contraria”.

Aclarado este punto, para que las proteínas constitutivas de la “membrana espejo” puedan insertarse y funcionar correctamente en la membrana celular, se requiere de un metabolismo espejo: la célula espejo necesita energía para metabolizar y procesar los nutrientes, y esta energía sólo la puede proveer el “ATP espejo”. Eso por cuanto, la célula espejo no puede “comer” glucosa normal; es decir, D-glucosa; habría que “alimentarla” con L-glucosa: un azúcar que, para nosotros, “no tiene calorías”, porque “no podemos procesarlo”, pero que, para la célula espejo, sería su “combustible vital”.

Estrategias de construcción

Hay dos enfoques principales para “construir” una célula espejo:

El enfoque “bottom-up” (desde cero): como tanto hemos detallado, hacer que todos los componentes sintéticos de la célula espejo: ribosomas, polimerasas, membranas, etcétera, sean completamente funcionales y operativos, es y requiere mucho más que “crearlos o fabricarlos”. De hecho, es el proceso más difícil; por eso, para no estropear ninguno de los muchos pasos, los cuales están todos concatenados y correlacionados, es mejor “empezar desde cero” con cada uno de ellos.
El enfoque de reemplazo gradual: Este enfoque se basa en “introducir maquinaria espejo” en una célula viva normal y “poco a poco” ir sustituyendo los componentes naturales por las versiones sintéticas. Pero hay un gran problema: la incompatibilidad natural de las “piezas espejo” con las “piezas normales”. Por lo que este enfoque no es el más recomendable.

Ya vimos que es posible crear en el laboratorio células sintéticas con ADN levógiro (ADN-L) y todos los compuestos quirales que la componen, con rotación inversa a la de las “células normales”; es decir, células espejo artificiales. Esto nos lleva a resolver el problema: ¿cómo se desarrollaría el proceso de reproducción celular de estas células artificiales de quiralidad inversa: medios, condiciones, etc.?

Un escenario que nos traslada al concepto teórico de la “biología espejo”, ya que, en la práctica, el proceso de reproducción celular de las células artificiales de quiralidad inversa funcionaría de “forma idéntica” a la de las “células normales”, pero en una “dimensión química inversa” a la de un sistema biológico “normal”.

Para una química inversa, el sistema biológico requeriría un medio de cultivo de quiralidad inversa: el “caldo de cultivo” para que las células espejo se dividan y se reproduzcan tiene que tener todos los compuestos quirales necesarios para su crecimiento y metabolismo celular en quiralidad inversa a los de un medio de cultivo normal.

Las condiciones biofísicas: temperatura, el pH y la presión osmótica serían las mismas para ambos sistemas biológicos. El agua (solvente) y los iones inorgánicos: sodio, potasio, magnesio, etcétera, no tienen quiralidad.

La otra gran condición sería el aislamiento biótico: si una bacteria o un virus de “nuestro mundo” entrase a “su mundo”, sería “invisible” para las células espejo, sería “indetectable” para su sistema inmunitario; por lo que no tendría “defensas” ni respuesta inmunitaria contra estos patógenos exógenos, e irremediablemente moriría, “sin saber” qué fue lo que le pasó.

Así las cosas, queda una última incógnita por resolver: ¿podría existir vida especular basada en ADN levógiro?