Από τον Τζόρνταν Τζόζεφ.
Η ζωή ξεκίνησε μικρή, αλλά ακόμη και τα πιο μικροσκοπικά κύτταρα χρειάζονται έναν τρόπο να αντιγράψουν τις οδηγίες τους. Ένα νέο εργαστηριακό σύστημα δείχνει ότι ένα απλό σύνολο δομικών στοιχείων RNA μπορεί να φτάσει στο μεγαλύτερο μέρος της
διαδρομής, ωθώντας τους πειραματικούς βιολόγους πιο κοντά στο να παρακολουθήσουν την εναρκτήρια πράξη της ζωής να ξεδιπλώνεται σε έναν δοκιμαστικό σωλήνα,όπως αναφέρει το earth.com«Αυτό ήταν το μόριο που έλεγχε τη βιολογία», δήλωσε ο James Attwater του University College London , ο οποίος ηγήθηκε της μελέτης.
Η εργασία επικεντρώνεται σε ένα τεχνητό ριβοένζυμο που ενώνει τμήματα RNA με τρία γράμματα ενώ εναλλάσσεται μεταξύ ζεστού, κρύου, όξινου και αλκαλικού περιβάλλοντος.
Το RNA έπαιξε καθοριστικό ρόλο στην πρώιμη ζωή.
Η ιδέα ότι ένα μόριο κάποτε μετέφερε τόσο γενετικές πληροφορίες όσο και καταλυτική δύναμη, που ονομάστηκε ο κόσμος του RNA , διατυπώθηκε για πρώτη φορά πριν από σχεδόν 40 χρόνια.
Τα σύγχρονα κύτταρα εξακολουθούν να υπαινίσσονται αυτό το παρελθόν, επειδή τα ριβοσώματα, τα σπλισοσώματα και πολλοί ρυθμιστικοί διακόπτες βασίζονται όλα στο RNA για να διατηρήσουν τα γονίδια σε λειτουργία.
Οι βραχείες αλυσίδες RNA μπορούν να διπλωθούν σε ενεργά σχήματα, να κόψουν άλλα RNA, ακόμη και να δημιουργήσουν πεπτίδια, καθιστώντας τα πιθανούς προγόνους των σημερινών ενζύμων. Οι ερευνητές έχουν περάσει δεκαετίες προσπαθώντας να δείξουν ότι το RNA μπορεί επίσης να αντιγραφεί αρκετά γρήγορα ώστε να επιτρέψει τη Δαρβινική εξέλιξη.
Επίλυση του προβλήματος αντιγραφής RNA.
Η αντιγραφή του RNA ακούγεται εύκολη μέχρι να αντιμετωπίσετε το πρόβλημα του διαχωρισμού των αλυσίδων . Οι φρεσκοκατασκευασμένες θυγατρικές αλυσίδες προσκολλώνται τόσο σφιχτά στα πρότυπά τους που η διπλή έλικα δεν μπορεί να ξετυλιχθεί εγκαίρως για έναν ακόμη γύρο αντιγραφής.
Ορισμένες ομάδες έχουν χρησιμοποιήσει θερμότητα, οξύ, παράγοντες συσσώρευσης ή βοηθητικά ολιγονουκλεοτίδια για να αποσπάσουν τις αλυσίδες, αλλά κάθε επιδιόρθωση είτε καταστρέφει το RNA είτε σταματά την αντιγραφόμενη χημεία. Μελέτες κατάψυξης-απόψυξης έδειξαν ότι ο πάγος συμπυκνώνει τα αντιδρώντα χωρίς να τα μαγειρεύει, υπονοώντας μια πιο ήπια οδό.
Η ομάδα του Attwater ανακάλυψε ότι τα κοντά τριφωσφορικά τρινουκλεοτίδια συνδέονται με μονές αλυσίδες αρκετά ισχυρά ώστε να τις εμποδίζουν να επανασυνδεθούν, ενώ παράλληλα λειτουργούν και ως υποστρώματα για επέκταση. Τρεις βάσεις σχηματίζουν ένα ιδανικό σημείο: αρκετά μακριές για να συγκρατούνται, αλλά αρκετά κοντές για να αποφεύγονται συχνά σφάλματα.
Υπό τις διακυμάνσεις του pH που αρχικά λιώνουν τα διπλά μόρια στους 74°C και στη συνέχεια τα καταψύχουν στους 74°C, το ριβοένζυμο υφαίνει τα τριπλά μόρια σε νέες συμπληρωματικές αλυσίδες. Μέχρι στιγμής, το ένζυμο μπορεί να αντιγράψει τριάντα από τα 180 γράμματα του πριν εξαντληθεί, αλλά οι ερευνητές βλέπουν σαφείς δρόμους για επιτάχυνση.
Τα μικρά κομμάτια βοηθούν το RNA να δημιουργεί αντίγραφα.
Κατά τη διάρκεια κάθε ψυχρής φάσης, το υπόλοιπο υγρό μεταξύ των κρυστάλλων πάγου μετατρέπεται σε μια συμπυκνωμένη ευτηκτική φάση όπου ιόντα μαγνησίου, το ριβοένζυμο και οι τριάδες συγκεντρώνονται μαζί.
Σε αυτή τη μικροάλμη, η πολυμεράση συνδέει τις τριάδες και στη συνέχεια περιμένει τον επόμενο θερμικό παλμό για να ξεκινήσει έναν άλλο κύκλο .
«Μπορεί να υπάρχει σχέση μεταξύ του τρόπου με τον οποίο η βιολογία αντιγράφει το RNA της στο παρελθόν και του τρόπου με τον οποίο η βιολογία χρησιμοποιεί το RNA σήμερα», σημείωσε ο Άτγουοτερ.
Η ομάδα παρατήρησε εκθετικά κέρδη όταν υπέβαλαν το σύστημα σε επαναλαμβανόμενες εναλλαγές ζεστού-κρύου, επιβεβαιώνοντας ότι τα πρότυπα που κατασκευάζονται σε έναν κύκλο τροφοδοτούν τον επόμενο.
«Τα τριπλά νουκλεοτίδια RNA εξυπηρετούν πολύ συγκεκριμένες πληροφοριακές λειτουργίες στη μετάφραση σε όλα τα κύτταρα», σημείωσε ο Ζάκαρι Άνταμ, γεωχημικός στο Πανεπιστήμιο του Ουισκόνσιν-Μάντισον, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη.
Η προτίμηση σύνδεσης των τριπλετών πλούσιων σε GC απηχεί το πρότυπο σταθερότητας των κωδικονίων που εξακολουθούν να αγκυροβολούν τον γενετικό κώδικα.
Υποδείξεις για τον γενετικό κώδικα.
Οι ειδικοί διαπίστωσαν ότι οι τριάδες που είναι πιο ικανές να κρατούν τις αλυσίδες μακριά μεταξύ τους ταιριάζουν με εκείνες που πιστεύεται ότι δημιούργησαν τον πρώτο κώδικα τριάδων . Αυτή η επικάλυψη υποδηλώνει ότι η χημεία της αντιγραφής θα μπορούσε να έχει ωθήσει την εξέλιξη προς το σύστημα κωδικονίων πολύ πριν εμφανιστούν οι πρωτεΐνες.
Τα μοντέλα αρχέγονων λιμνών συχνά επικαλούνται θερμές πηγές που ταλαντεύονται μεταξύ όξινων πίδακων και παγωμένου ψεκασμού, συνθήκες που παρατηρούνται στην Ισλανδία σήμερα.
Τέτοιες τοποθεσίες παρέχουν το γλυκό νερό και τις γρήγορες μετατοπίσεις του pH που χρειάζεται ο μηχανισμός τριπλού, καθιστώντας το σενάριο γεωλογικά εύλογο.
Πρώιμα σημάδια αντιγραφής της ζωής από τον εαυτό της.
Το σύστημα δεν αντέγραφε απλώς προϋπάρχοντα πρότυπα. Δημιουργούσε επίσης νέες αλληλουχίες RNA από τυχαίο αρχικό υλικό και στη συνέχεια ενίσχυε αυτά τα θραύσματα μέσω πολλαπλών γύρων.
Μερικές από τις ισχυρότερες ενισχύσεις προήλθαν από κλώνους που μοιάζουν με μέρη του ίδιου του ριβοενζύμου, υποδηλώνοντας πρώιμη συμπεριφορά αυτοαντιγραφής που θα μπορούσε να προμηνύσει πώς εμφανίστηκαν οι λειτουργικές αλληλουχίες πριν από δισεκατομμύρια χρόνια.
Για να περάσει τη γραμμή τερματισμού, το ριβοένζυμο πρέπει να αντιγράψει ολόκληρο το σώμα του, που αποτελείται από 180 γράμματα, και στη συνέχεια να επαναλάβει το κατόρθωμα επ' αόριστον. Η ομάδα του Attwater σχεδιάζει ταχύτερες παραλλαγές και κόβει τις περιττές πτυχές για να μειώσει το ενζυματικό φορτίο.
Αν αναδυθεί η πλήρης αυτοαναπαραγωγή, οι χημικοί μπορούν επιτέλους να παρακολουθήσουν τη μετάλλαξη και τη φυσική επιλογή να λειτουργούν σε έναν δοκιμαστικό σωλήνα γεμάτο μόνο με RNA και απλά άλατα.
Το επίτευγμα θα μετέτρεπε μια μακροχρόνια υπόθεση σε μια παρατηρήσιμη διαδικασία, προσφέροντας το πιο ξεκάθαρο παράθυρο μέχρι σήμερα για την προέλευση της ζωής.
Η μελέτη δημοσιεύεται στο περιοδικό Nature Chemistry .
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου