РНК-мир: мы на шаг ближе к доказательству возможности биогенеза

22.06.2016
Мир РНК — это красивая гипотеза о самозарождении жизни, и вчера ее доказательство стало на шаг ближе. В 2009 году английскому ученому Джону Сазерленду удалось предложить схему, по которой в «протобульоне» могли синтезироваться цитозин и урацил — два из четырех «кирпичиков» РНК. Вчера журнал Science опубликовал сообщение о том, что воссозданы условия автономного синтеза аденина и гуанина, или пуриновых оснований (пуринов).

Белки не могли дать начало жизни на нашей планете — они не способны хранить и передавать информацию. ДНК может хранить информацию — но сама по себе не жизнеспособна: она не умеет воспроизводиться без посторонней помощи и вообще довольно неохотно вступает в реакции. Поэтому еще в 80-е годы XX века ученые предположили, что если жизнь и зародилась сама по себе, то она началась с РНК — молекулы, которая может и вступать в разнообразные реакции, и хранить генетический код.

Остается только доказать, что РНК могла появиться и начать воспроизводиться случайно, из «первичного бульона» — теплой воды и первых молекул на основе углеродных цепочек.

Синтезировать отдельные нити РНК — рибозимы — в лаборатории научились быстро. Несколько большую трудность представляла задача получить рибозимы с полимеразной активностью, то есть такие нити РНК, которые будут размножать другие рибозимы. Самые простые из них, умевшие удваивать короткие цепочки, удалось получить в начале 2000-х, и это стало огромным прорывом. Тогда биологи пришли к выводу, что изначально могло существовать два способа удлинения, усложнения цепи: за счет репликации коротких РНК при помощи рибозом с полимеразной активностью и за счет простой «сборки» из отдельных нуклеиновых оснований: аденина, гуанина, цитозина и урацила.

Рис.1. Химическое строение полинуклеотида РНК
 

После того, как все необходимые для синтеза РНК процессы были завершены в лаборатории, нужно было сделать несколько более сложную вещь, а именно — экспериментально доказать, что в условиях древней Земли подобные реакции могли пойти сами по себе. И сегодня большая задача по воссозданию биогенеза стала на один огромный шаг ближе к завершению.

Сначала Карелл и его коллеги заметили, что молекула формамидопиримидина, играющая роль в восстановлении поврежденной ДНК, также вступает в реакции с образованием пурина. Тогда биологи начали подбирать условия, которые могли бы сложиться на Земле и в которых могла бы синтезироваться молекула пурина.

На первом этапе требовались только водород, кислотные остатки синильной кислоты и вода. Считается, что простая трехатомная синильная кислота была очень распространена на Земле в период перед возникновением жизни. В воде она легко реагирует и дает аминопиримидины, содержащие аминогруппу. Эти последние — очень химически активные вещества, что для ученых было скорее плохо — среди многих продуктов их реакций не все оказывалось нужного им пурина.

Нужно было оставить только один из всех разнообразных аминов. Оказалось, что для этого нужно всего лишь немного подкислить среду — а кислот на доисторической Земле тоже хватало — чтобы способным реагировать с другими веществами остался только аминопиримидин.

В прошлом году зонд Розетта высадился на комету Чурюмова-Герасименко и забрал пробы вещества, в котором обнаружили муравьиную кислоту и формамид. Оба эти вещества, вступая в реакцию с аминопиримидином и некоторыми другими веществами в изоблилии дают пурин.

Не все еще разгадано. Есть, например, такое противоречие: условия, необходимые для синтеза пуринов и пиримидинов, несколько различаются, а для образования РНК и те, и другие должны оказаться в одном месте в одно время. Работы еще много, но каждое экспериментальное подтверждение увеличивает вероятность биогенеза — и, может быть, однажды самозарождение жизни перестанет казаться нам удивительным, почти невозможным совпадением.

 

Рис.2

Источник: www.popmech.ru


Новости и события
Первые роботы (ксеноботы) из живых клеток используют клетки лягушки
20.01.2020

Ученые из Университета Вермонта с помощью особых алгоритмов модифицировали стволовые клетки лягушки и создали из них первых «ксеноботов» – сгустки клеток, способные к самоорганизации и даже к транспортировке мельчайших грузов.

Создан революционный метод генной терапии
14.01.2020

Ученые из немецкого Галле-Виттенбергского университета разработали методику выполнения генной терапии прямо внутри тела, без предварительной работы с дефектными клетками в лаборатории.

Кирпичи из переработанного мусора в десять раз лучше обычных
23.12.2019

В дочерней компании Университета Хериота-Уатта создали новый экокирпич под названием K-Briq, на 90% состоящий из переработанных строительных материалов и мусора с места сноса старых конструкций.