Органическое соединение из пробирки может объяснить происхождение жизни
Имитируя процесс естественной эволюции в лаборатории, ученым удалось вывести фермент, способный размножаться, что может объяснить процесс зарождения жизни.
Владимир К.
Группа исследователей-биохимиков Научно-исследовательского института имени Скриппса в Калифорнии (США) под руководством профессор Джеральда Джойса (Gerald F. Joyce) впервые в мире создала в пробирке нуклеотид, способный к размножению. Результаты исследования опубликованы в Science.
Новый фермент получил название рибозим (ribozyme), потому что он синтезирован из рибонуклеиновой кислоты (РНК). Известно, что все современные формы жизни, основанные на ДНК, когда-то произошли из более простых РНК-форм, и многие ученые подозревают, что именно они стали первыми видами живых организмов, способных к самовоспроизводству. Новое органическое соединение, «выращенное» в пробирке, удивительным образом похоже на ранние РНК-формы жизни. Оно может создавать «копии» нитей своей РНК, однако результат не будет точным ее слепком. Это будет ее зеркальное отражение, соотносящееся с ней как левая рука с правой. Дочерняя нить в свою очередь, может воссоздать копию «оригинала». Никому раньше не удавалось создать в лабораторных условиях подобных кросс-хиральных (cross-chiral) ферментов. Это открытие убедительно показывает, как из первозданного мира РНК могли развиться более сложные формы жизни.
На Земле случилось так, что в каждом классе молекул одна хиральность (или «рукав») начала доминировать. Так, например, все РНК стали, условно говоря, «правшами» (D-RNA). Такое структурное сходство делает взаимодействия внутри класса более эффективными, подобно тому, как рукопожатие становится более удобным, когда соединяет две правые или две левые руки разных людей. Но ученые смогли создать в пробирке «леворукую» РНК (L-RNA). Обычно, разные виды нуклеотидов никогда не связываются друг с другом. Если бы это произошло, процесс дальнейшей «сборки» был бы нарушен.
Но, по всей видимости, ранние формы РНК были как «правшами», так и «левшами». Джойсу и его коллегам удалось показать, как при наличии такой «смеси» L- и D-RNA могут возникать нуклеотиды, способные к самовоспроизводству. Более того, когда ученые начали наблюдать за рибозимом, они заметили, что этот фермент предпочитает работать на шаблоне L-RNA для создания дополнительной цепи РНК. Биохимии смогли создать L-RNA, которые синтезировали нуклеотиды по шаблону D-RNA. Как объясняет Джойс, ферменты признают полную форму собирающихся оснований РНК на комплементарной нити и соединяют любую свою часть друг с другом. Критики считают, что открытие Джойса — ощутимый шаг вперед, в вопрос об ускоренной репликации РНК с использование катализаторов, но все же не вполне понятно, откуда могли бы исходить подобные РНК-формы. Новая работа наталкивает на мысль, что если поперечное копировании РНК возникло на ранней стадии, они могли бы создать свои зеркальные пары, чтобы продвинуть эволюцию более сложных нуклеотидов.
Источник иллюстрации: I, Wgscott, CC BY-SA 3.0, Wikimedia
