Исследователи смешивают РНК и ДНК, чтобы изучить, как началась жизнь на Земле

Мир РНК - захватывающая теория, но она может не соответствовать действительности. Проблема в том, что ингредиенты, такие как ферменты, для работы РНК просто не существовали на ранней Земле.

В течение десятилетий химики проверяли теории о том, как началась жизнь на Земле. Одна гипотеза годами привлекала научное воображение: Мир РНК. Эта теория предполагает, что молекулы пребиотиков рано объединились, чтобы сформировать РНК, молекулы, которые несут инструкции от ДНК в организмах сегодня. Мир РНК утверждает, что когда РНК сформировалась на Земле, она начала размножаться, а затем породила такие молекулы, как ДНК.

«Мир РНК - увлекательная теория», - говорит Раманараянан Кришнамурти, доктор философии, доцент кафедры химии в Научно-исследовательском институте Скриппса. «Но это может не соответствовать действительности. Проблема в том, что ингредиенты, такие как ферменты, для работы Мира РНК просто не существовали на ранней Земле. Мир РНК породил идею, что если вы каким-то образом синтезируете РНК, которая может реплицировать и катализировать реакции, все остальное автоматически следует. Это не так, потому что Мир РНК полагается на самовоспроизводящуюся РНК, что очень сложно».

Часть проблемы заключается в том, что молекулы РНК образуют стабильные структуры, называемые дуплексами. Эти структуры обладают так называемым сильным сродством связывания. Это означает, что молекулы РНК с трудом отделяются друг от друга и действуют как матрицы для дальнейшей репликации в отсутствие ферментов.

У Кришнамурти теперь есть экспериментальные доказательства, чтобы продемонстрировать, что жизненный процесс на Земле мог начаться с молекул, которые выглядели как смесь РНК и ДНК. В последнем выпуске Nature Chemistry он и первый автор исследования, Субхенду Боумик, доктор философии, также из Научно-исследовательского института Скриппса, сообщают, что эти смешанные молекулы образуют нестабильные дуплексы и имеют меньшую аффинность к себе. Удивительно, но эти «химеры» обладают более сильным сродством к РНК и ДНК, что позволяет им действовать в качестве шаблонов для создания РНК или ДНК.

Фактически, исследователи смогли сформировать эти химеры в лабораторных условиях и показать, что они обладают потенциалом для репликации РНК и ДНК, и, таким образом, образованные РНК и ДНК способны воспроизводить химеры. Такое поведение может привести к кросс-каталитической амплификации РНК и ДНК - ключевому шагу к эволюции сложных организмов.

«Провокационным следствием этого исследования является то, что РНК и ДНК могли появиться одновременно вместо широко принятой теории Мира РНК, где РНК сначала появляется, а затем рождает ДНК», - говорит Кришнамурти. «Это означает, что смеси РНК и ДНК могли сосуществовать».

В современных организмах ДНК и РНК выполняют совершенно разные роли в наших клетках. Новый проект экспериментально поддерживает идею о том, что жизнь могла возникнуть из гораздо более сложной системы, где «чистой» РНК и ДНК еще не существовало. Как говорит Кришнамурти: «Ничего страшного, не иметь чистой химии».

Мы никогда не узнаем точно, как образовалась ранняя жизнь, но эксперименты, по крайней мере, показывают химические реакции, которые могли бы в конечном итоге привести к чистым последовательностям РНК и ДНК, которые поддерживают жизнь сегодня.

Кришнамурти также интересуется, как химеры РНК-ДНК могут быть использованы в исследованиях медицинской химии. Он говорит, что эти смешанные системы могут помочь исследователям преодолеть некоторые проблемы в генетическом секвенировании, пишет ScienceDaily.