A las rocas no les importa si se rompen. Los mismos conceptos de corrección y reparación implican precisión para un propósito. En las células, las máquinas complejas de varias partes encuentran errores y los corrigen. ¿No es esto una prueba de intencionalidad y programación? Como muestran estos nuevos artículos de investigación, las máquinas involucradas muestran una destreza exquisita y una acción eficiente para mantener otras partes (máquinas fuera de sus propias necesidades estructurales) funcionando.

¿Cómo pueden hacer eso? ¿Cómo lo saben? Tienen un parecido asombroso con los cirujanos o linieros que están entrenados como primeros en responder a situaciones potencialmente catastróficas y, sin embargo, trabajan robóticamente en la oscuridad sin ojos ni cerebro. Tales cosas no aparecen simplemente por procesos materiales ciegos. Los sistemas de corrección y reparación tenían que estar operativos desde el comienzo de la vida, porque considerando las consecuencias letales sin ellos, es difícil concebir que algún organismo primitivo sobreviva, y mucho menos progrese en una escala evolutiva. Ahora, miren con asombro lo que está sucediendo en nuestras células.

Detente y enrolla

Antes de que las células se dividan, se deben duplicar con precisión miles de millones de pares de bases de ADN. Aproximadamente una vez en 10 millones, se inserta una base incorrecta en la copia. Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte encontraron «guardianes del genoma» que «se detienen y recogen el ADN» durante esta importante operación. Dos enzimas cooperan para corregir la copia. Detienen la duplicación cuando se encuentra una falta de coincidencia hasta que más máquinas puedan corregir el error.

Un par de proteínas conocidas como MutS y MutL trabajan juntas para iniciar la reparación de estos desajustes. MutS se desliza a lo largo del lado recién creado de la hebra de ADN después de que se replica, corrigiéndola. Cuando encuentra una discrepancia, se bloquea en el lugar del error y recluta a MutL para que se una a él. MutL marca la cadena de ADN recién formada como defectuosa y le indica a una proteína diferente que se trague la parte del ADN que contiene el error. Luego, la coincidencia de nucleótidos comienza de nuevo, llenando el espacio nuevamente. Todo el proceso reduce los errores de replicación alrededor de mil veces, y actúa como una de las mejores defensas de nuestro cuerpo contra las mutaciones genéticas que pueden conducir al cáncer. [Énfasis añadido.]

Bueno, ¿no es eso una tragedia para Darwin? ¡Los evolucionistas necesitan esas mutaciones para construir ojos y alas!

Escuadrones de reparación

Cuando las células se dividen, pueden producirse roturas de doble cadena. Estos son particularmente peligrosos, a menudo asociados con el cáncer. Los investigadores médicos de la Universidad de Texas Health en San Antonio confirman que la reparación del ADN requiere múltiples herramientas. Drs. Daley, Sung y Birmania en UT sabían que la operación de reparación, llamada recombinación homóloga, se realiza mediante enzimas de resección, pero tenían curiosidad por saber por qué estaban involucradas tantas enzimas diferentes. ¿Por qué la célula «necesita tres o cuatro enzimas diferentes que parecen realizar la misma tarea en la reparación de roturas de doble hebra»? La «redundancia percibida», concluyeron, «es realmente una noción muy ingenua». Como un hábil obrero, la célula mantiene «una variedad de herramientas, cada una de ellas finamente ajustada».

«Es como un mecánico de motores que tiene un conjunto de herramientas a su disposición», dijo el Dr. Sung. “La herramienta que usa depende del problema que necesita ser reparado. De la misma manera, cada herramienta de reparación del ADN en nuestras células está diseñada para reparar un tipo distintivo de ruptura en nuestro ADN «.

Equipo quirúrgico

Otro tipo de error puede ocurrir cuando se transcribe un gen. Si la ARN polimerasa (RNAP, la máquina de transcripción) golpea una lesión causada por la radiación UV o algún otro mutágeno, la transcripción puede detenerse. Afortunadamente, existe una respuesta programada llamada reparación por escisión de nucleótidos acoplada a la transcripción (TC-NER) que sabe qué hacer. Eso es bueno, porque una reparación defectuosa puede conducir al «síndrome de Cockayne, un trastorno neurológico severo», que se caracteriza por microcefalia, retraso en el desarrollo, baja estatura, bajo aumento de peso y muchos otros problemas como hipersensibilidad a la luz solar, «pérdida de audición, pérdida de visión, caries dentales severas, anomalías óseas, manos y pies fríos todo el tiempo y cambios en el cerebro que se pueden ver en los escáneres cerebrales ”(Genetics Home Reference).

Cuatro investigadores de la Universidad de Washington, que publicaron en PNAS1, aprendieron más sobre el proceso poco entendido de TC-NER y revelaron una gran cantidad de máquinas moleculares y factores involucrados. “El inicio de TC-NER tras el estancamiento de RNAP requiere factores específicos”, comienzan. «Estos factores responden rápidamente al daño del ADN que bloquea la transcripción, uniéndose al RNAP estancado para coordinar el ensamblaje de los factores NER posteriores«. Además, el programa de reparación debe poder manejar una variedad de situaciones. Los detalles técnicos son demasiado inescrutables para que la mayoría de los lectores los describan aquí (¡y se trataba de una investigación sobre la levadura!); Baste decir que TC-NER es un proceso bien coreografiado, irreductiblemente complejo que, afortunadamente, funciona la mayor parte del tiempo. Los niños con síndrome de Cockayne tipo 2 solo pueden vivir hasta los 7 años (NIH).

Reparación preventiva

La célula también tiene mecanismos para prevenir errores. Investigación en Mt. Sinai Medical Center en la ciudad de Nueva York “ha desentrañado por primera vez la estructura tridimensional y el mecanismo de una enzima compleja que protege a las células del daño constante del ADN, abriendo la puerta al descubrimiento de nuevas terapias para el tratamiento de cánceres resistentes a la quimioterapia. » Utilizaron microscopía crioelectrónica para estudiar la ADN polimerasa ζ a un nivel casi atómico. La «arquitectura y el mecanismo de esta importante enzima han sido un misterio para los científicos durante años». ¿Podría alguna forma de vida primitiva sobrevivir sin algo como esto?

La ADN polimerasa ζ es la enzima crucial que permite que las células combatan los más de 100.000 eventos que dañan el ADN que ocurren a diario debido a las actividades metabólicas normales y las intrusiones ambientales como la luz ultravioleta, la radiación ionizante y los carcinógenos industriales. El equipo de Mount Sinai, que incluyó a la primera autora Radhika Malik, PhD, profesora asistente de ciencias farmacológicas, descubrió cómo la enzima protege a las células de las tensiones celulares y ambientales naturales y antropogénicas a través de una intrincada estructura de cuatro proteínas diferentes que se conectan entre sí en una configuración pentamérica o similar a una cadena de margaritas.

¿No nos dijeron los darwinianos que la luz ultravioleta y la radiación ionizante eran fuentes de los «componentes básicos de la vida» y las mutaciones que la naturaleza puede seleccionar para construir humanos a partir de bacterias? De ninguna manera. Estos hallazgos se publican en Nature Structural & Molecular Biology2.

Hamacas genéticas

Las bases de ADN en hebras opuestas se conectan a través de enlaces de hidrógeno, pero a veces un intruso de proteínas hace una conexión falsa. “Los enlaces cruzados covalentes entre las proteínas y el ADN se encuentran entre los tipos más peligrosos de daño al ADN”, dice la Universidad Ludwig-Maximilian de Munich. Afortunadamente (de nuevo), hay una aplicación para eso.

Las lesiones químicas en el ADN del material genético pueden tener consecuencias catastróficas para las células e incluso para el organismo en cuestión. Esto explica por qué la identificación eficiente y la reparación rápida del daño del ADN es vital para la supervivencia. Los enlaces cruzados de ADN-proteína (DPC), que se forman cuando las proteínas se unen accidentalmente al ADN, son particularmente dañinos. Las DPC se eliminan mediante la acción de una enzima dedicada, la proteasa SPRTN, que corta el enlace entre la proteína y el ADN.

Los DPC pueden ocurrir durante el metabolismo natural o por contacto con químicos sintéticos. SPRTN tiene un trabajo desafiante, dicen, porque debe ser capaz de abordar una variedad de situaciones; «La enzima tiene que ser capaz de identificar muchas estructuras diferentes como aberrantes«. Sus dos dominios deben participar para que reconozca el error y lo solucione. Julian Stingele explica este sistema a prueba de fallas:

Uno se une al ADN bicatenario y el otro al ADN monocatenario. “Entonces, la proteína usa un sistema modular para el reconocimiento de sustratos. Sólo cuando ambos dominios están comprometidos, la enzima está activa, y el ADN en el que se encuentran las regiones bicatenarias y monocatenarias en estrecha proximidad se encuentra a menudo en las proximidades de los enlaces cruzados ”, dice Stingele.

Cuando este sistema no funciona correctamente, los pacientes están sujetos a cáncer de hígado y envejecimiento prematuro.

Un acto de la mente

Acabamos de ver cinco tipos diferentes de errores que son reparados por cinco sistemas diferentes de máquinas moleculares. Cada sistema debe reconocer primero el error y luego saber qué hacer; de lo contrario, las consecuencias pueden ser catastróficas. En cada caso, la maquinaria está bien diseñada y afinada para resolver el problema, y ​​lo hace de manera rápida y eficiente. Eso requiere previsión, y la previsión implica un diseño inteligente. Como dice Marcos Eberlin en su libro Foresight: How the Chemistry of Life Reveals Planning and Purpose [Prospectiva: cómo la química de la vida revela planificación y propósito[, “Este acto de anticipación – previsión – no es una característica de los procesos materiales ciegos. Es un acto de inteligencia, de una mente ”(p. 81).

Notas

  1. Duan et al., “Genome-wide role of Rad26 in promoting transcription-coupled nucleotide excision repair in yeast chromatin.” PNAS August 4, 2020 117 (31) 18608-18616. https://doi.org/10.1073/pnas.2003868117
  2. Malik et al., “Structure and mechanism of B-family DNA polymerase ζ specialized for translesion DNA synthesis.” Nature Structural & Molecular Biology, 17 August 2020. https://doi.org/10.1038/s41594-020-0476-7

Artículo originalmente publicado en inglés por Evolution News and Science Today