Уметнички приказ КТ45 (засновано на предвиђању АлпхаФолд3) прекривен је микроскопском сликом замрзнутог окружења које помаже репликацију РНК
Елфи Цхианг, микроскопска слика Јамес Аттватер
Према хипотези РНК света, живот је почео када су молекули РНК развили способност да праве више копија себе. Сада смо открили молекул РНК који је скоро способан за ово – може да изврши кључне кораке, само не све одједном.
„Била је дуга потрага да се дође до тачке у којој можете себе убедити да РНК има капацитет да се створи под правим условима. Мислим да ово показује да је то могуће“, каже Пхилипп Холлигер у МРЦ Лабораторији за молекуларну биологију у Кембриџу, УК.
У живим ћелијама, протеини обављају кључне задатке као што су катализатор хемијских реакција, а рецепти за њихову производњу чувају се у дволанчаним молекулима ДНК. РНК је хемијски рођак ДНК који обично постоји у облику појединачних ланаца.
Није тако добар за чување информација као ДНК јер је мање стабилан, али може да уради нешто што ДНК не може: да се савије да формира ензиме сличне протеинима који могу да каталишу хемијске реакције. Пошто РНК може и да складишти информације и да делује као катализатор, још 1960-их је сугерисано да је живот могао да почне са молекулима РНК који су способни да катализују сопствену формацију.
Али проналажење таквих молекула показало се заиста тешким. Истраживачи су дуго претпостављали да РНК које се самореплицирају морају бити релативно велике и сложене, али се испоставило да је веома тешко открити велике РНК да би их реплицирали.
Штавише, док се показало да релативно кратки молекули РНК могу да се формирају спонтано у правим условима, велика је мала вероватноћа да ће то учинити велики молекули.
„Ово нас је навело да помислимо, па, можда грешимо. Можда би нешто једноставно, нешто мало, могло да спроведе овај процес“, каже Холигер. „И тако смо отишли да тражимо и нашли смо једног.“
РНК су направљене од грађевинских блокова који се називају нуклеотиди. Тим је почео тако што је генерисао трилион насумичних секвенци дугих 20, 30 или 40 нуклеотида. Од њих су одабрали три које би могле да спроведу реакције као што је спајање нуклеотида заједно. Сва три су спојена заједно и прошла кроз неколико кругова еволуције – насумично мењајући или мутирајући делове секвенце и бирајући варијанте са бољим учинком.
Добијени молекул, назван КТ45, дугачак је само 45 нуклеотида. У алкалној води која је непосредно изнад тачке смрзавања, може да користи једноланчану РНК као шаблон за прављење комплементарних ланаца спајањем кратких ланаца од два или три нуклеотида, укључујући стварање секвенце комплементарне њеној. „Тренутно је прилично спор и са малим приносом, али то није изненађење“, каже Холигер.
КТ45 такође може да направи више копија себе од тих комплементарних нити. „Ово је, по први пут, део РНК који може да направи себе и свој ланац за кодирање, а то су две саставне реакције саморепликације“, каже Холигер. Али до сада, тим није успео да постигне да се обе реакције десе у истом контејнеру. План је да се молекул даље развија и експериментише са условима као што су циклуси замрзавања-одмрзавања да би се видело да ли се обе реакције могу десити одједном.
„Најузбудљивија ствар је да када систем почне да се самореплицира, требало би да постане самооптимизујући“, каже Холигер. То је зато што ће процес оптерећен грешкама произвести много варијација, од којих неке могу радити боље, производећи више самих себе, итд.
„Нови резултати из Холлигерове лабораторије су изузетни и значајан напредак, гурајући ствари још ближе РНК која се потпуно самореплицира“, каже Сабине Муллер на Универзитету у Грајфсвалду у Немачкој.
„Можда је најзначајнији аспект овог налаза откривање секвенце олигомера РНК умерене величине са овим способностима самосинтезе“, каже Зацхари Адам на Универзитету Висконсин-Медисон.
Сам број РНК секвенци дугих 45 нуклеотида је „незамисливо велики“, истиче Адам, тако да је тим добро урадио што је пронашао КТ45 са почетне тачке од само трилион насумичних секвенци.
На раној Земљи, молекули слични КТ45 су можда могли да се самореплицирају у окружењу које је помало налик данашњем Исланду, каже Холигер, са присутним ледом, али и хидротермалном активношћу за покретање циклуса замрзавања-одмрзавања и стварање пХ градијента. Нека врста раздвајања би била потребна да би се изоловале кључне компоненте, мисли он, али постоји много начина да се то деси, од џепова отопљене воде у леду до везикула налик ћелијама који се спонтано формирају од масних киселина.
Теме:
- хемија /
- порекло живота
