9.1: Preludio a las reacciones de transferencia de fosfato

Este capítulo trata sobre la química de los fosfatos, un grupo funcional ubicuo en biomoléculas que se basa en el ácido fosfórico:

A finales de 2010, personas de todo el mundo se encontraron recibiendo un curso acelerado de química de fosfatos mientras veían las noticias de la tarde. Quienes prestaron mucha atención a la historia en desarrollo también obtuvieron un interesante vistazo al mundo de la investigación científica y el debate.

Todo comenzó cuando la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio de Estados Unidos (NASA) dio a conocer la siguiente declaración a los medios de comunicación:

“La NASA realizará una conferencia de prensa a las 2 de la tarde EST del jueves 2 de diciembre para discutir un hallazgo de astrobiología que impactará en la búsqueda de evidencia de vida extraterrestre”.

La redacción de la declaración atrajo la atención generalizada de los medios, e hizo que algunas personas contuvieran la respiración anticipando que la NASA estaría introduciendo al mundo una forma de vida alienígena recién descubierta. Sin embargo, cuando llegó el 2 de diciembre, aquellos que esperaban conocer ET se sintieron decepcionados: la forma de vida que se estaba introduciendo era una bacteria, y era de nuestro propio planeta. Para biólogos y químicos, sin embargo, el anuncio fue nada menos que sorprendente.

Los científicos de la NASA trabajaron arduamente para enfatizar la importancia de su descubrimiento durante la conferencia de prensa. La doctora Felicia Wolfe-Simon, una joven investigadora postdoctoral que había encabezado el proyecto, afirmó que habían “abierto la puerta a lo que es posible para la vida en otras partes del universo -y eso es profundo”. Un científico senior de la NASA afirmó que sus resultados “cambiarían fundamentalmente la forma en que definimos la vida”, y, al intentar transmitir la importancia del descubrimiento a un reportero del diario USA Today, se refirió a un episodio de la serie de televisión original de Star Trek en la que la tripulación de la nave estelar La empresa se encuentra con una raza de seres cuya bioquímica se basa en sílice más que en carbono.

La nueva cepa de bacterias, denominada 'GFAJ-1', había sido aislada del lodo rico en arsénico que rodeaba el lago Mono salado y alcalino en el centro de California. Lo que hizo que la cepa fuera tan única, según el equipo de la NASA, fue que había evolucionado la capacidad de sustituir el arseniato por fosfato en su ADN. Los estudiantes de biología y química saben que el fósforo es uno de los seis elementos que son absolutamente requeridos para la vida tal como la conocemos, y que el ADN es un polímero unido por grupos fosfato. El arsénico, que está directamente por debajo del fósforo en la tabla periódica, es capaz de asumir una disposición de unión como la del fosfato, por lo que podría parecer razonable preguntarse si el arseniato podría reemplazar al fosfato en el ADN y otras moléculas biológicas. En realidad, encontrar un ser vivo con ADN ligado a arsenato sería de hecho un logro trascendental en biología, ya que esto representaría una química completamente nueva para la molécula más fundamental de la vida, y cambiaría nuestra comprensión de los requisitos químicos para que la vida exista en la tierra, y potencialmente otros planetas.

En 1987, el profesor F.H. Westheimer de la Universidad de Harvard publicó lo que se convertiría en un comentario ampliamente leído en la revista Science titulado “Why Nature Choose Phosphates”. En ella, discutió las propiedades químicas que hacen que el grupo fosfato sea tan ideal para los muchos papeles que desempeña en la bioquímica, entre ellos el papel de un grupo enlazador para los polímeros de ADN. Una de las características críticas del fosfato que señaló Westheimer fue que los enlaces que unen el fosfato a las moléculas orgánicas son estables en el agua. Claramente, si estás seleccionando un grupo funcional para vincular tu ADN, no quieres elegir uno que se descomponga rápidamente en el agua. Entre los grupos funcionales que Westheimer comparó con el fosfato en términos de su idoneidad como potencial enlazador de ADN estaba el arseniato, pero rápidamente descartó la idea del ADN unido a arseniato porque sería demasiado inestable en el agua.

Lago Mono, California. (crédito de la foto https://www.flickr.com/photos/slolane/)

Ante estos antecedentes, no es difícil imaginar que muchos científicos estuvieran desconcertados, por decir lo menos, por los resultados de la NASA. Si bien los medios populares tomaron el anuncio a su valor nominal e informaron entusiasmadamente los resultados como un descubrimiento monumental —la NASA es, después de todo, un organismo científico muy respetado y el estudio se estaba publicando en Science Magazine, una de las revistas científicas más prestigiosas del mundo— muchos científicos rápidamente expresaron su escepticismo, principalmente en el lugar relativamente nuevo y sin restricciones de la blogósfera. La microbióloga Rosie Redfield de la Universidad de Columbia Británica, escribiendo en su blog dedicado a la 'ciencia abierta', escribió un análisis detallado y altamente crítico del estudio. Señaló, entre otras cosas, que los experimentadores no habían logrado realizar los análisis críticos de purificación y espectrometría de masas necesarios para demostrar que efectivamente se estaba incorporando arseniato a la columna vertebral del ADN, y que el caldo en el que se cultivaban las bacterias contenía realmente suficiente fosfato para que vivan y se repliquen usando ADN normal ligado a fosfato. El periodista científico Carl Zimmer, en una columna de la revista en línea Slate, contactó a doce expertos para obtener sus opiniones, y fueron abrumadoramente negativos. Uno de los expertos dijo sin rodeos: “Este artículo no debió haber sido publicado”. Básicamente, los investigadores de la NASA estaban haciendo una afirmación asombrosa de que, de ser cierto, refutaría décadas de conocimiento establecido sobre la química del ADN —pero la evidencia que presentaron estaba lejos de ser convincente. El ampliamente citado dictum de Carl Sagan - “las afirmaciones extraordinarias requieren pruebas extraordinarias” - parecía aplicarse notablemente bien a la situación.

Lo que siguió fue un debate muy público, muy animado y no siempre completamente colegiado entre los científicos sobre la forma correcta de discutir la ciencia: los investigadores de la NASA parecían desestimar las críticas acumuladas contra su estudio porque provenía de blogs, sitios web y feeds de Twitter. El lugar adecuado para tal discusión, afirmaron, estaba en la literatura revisada por pares. Los críticos contrarrestaron que su negativa a responder a cualquier cosa fuera del sistema tradicional de revisión por pares era falsa, porque habían hecho pleno uso del poder generador de publicidad de internet y los principales medios de comunicación en primer lugar cuando anunciaron sus resultados con tanta fanfarria.

El lugar tradicional para el debate, aunque bastante más lento que la blogósfera, finalmente llegó a través. Cuando el artículo completo se publicó en Science unos meses después, estuvo acompañado de ocho 'comentarios técnicos' de otros investigadores señalando deficiencias en el estudio, una 'nota del editor' y un artículo de noticias más amplio sobre la polémica. En julio de 2012, se publicó un artículo en Science bajo el título “GFAJ-1 Is an Arsenate-Resistant, Fosfate-Dependent Organismos”. El artículo reportó evidencia definitiva de que el ADN de GFAJ-1, bajo las condiciones descritas en el artículo de la NASA, no tenía arseniato incorporado a su estructura. Al igual que el profesor Westheimer discutió en la década de 1980, parece que la naturaleza realmente eligió el fosfato —y solo el fosfato— después de todo. al menos en este planeta.

Lectura y visualización de fondo:

• Video de Youtube de la conferencia de prensa de la NASA: http://www.youtube.com/watch?v=WVuhBt03z8g.
• Wolfe-Simon, F. et al. Science Express, 2 de diciembre de 2010. El primer artículo de vista previa sobre la propuesta de 'bacterias de arsénico”.
• Wolfe-Simon, F. et al., Science 2011, 332, 1163. El trabajo completo de investigación en Science Magazine.
• Westheimer, F.H. Science 1987, 235, 1173. El artículo de Westheimer titulado 'Por qué la naturaleza eligió fosfatos'.
• Zimmer, Carl, Slate, 7 de diciembre de 2010: Entrada de blog de Carl Zimmer titulada 'Este artículo no debería haber sido publicado'. http://www.slate.com/articles/health...published.html
• Redfield, R. Entrada de blog 4 de diciembre de 2010: http://rrresearch.fieldofscience.com...ria-nasas.html
• Ciencia 2012, 337, 467. El artículo en Science Magazine refutando la validez de la afirmación de la bacteria arsénico.