Co pływało w „pierwotnej zupie”? Możliwe, że hybryda RNA i DNA

Od dekad trwa w nauce spór o to, jakie związki chemiczne dały początek życiu. Niewykluczone, że w „pierwotnej zupie”, z której wyłoniło się życie, istniał najpierw nie RNA, nie DNA, ale ich hybryda – sugerują badania w „Nature”, w których uczestniczyli Polacy.

Jak z nieożywionych atomów i związków chemicznych mogły powstać struktury, które zaczęły powielać same siebie, przenosić informacje i w rezultacie – dały początek życiu? Naukowcy zastanawiają się nad tym od dekad. Interesuje ich w szczególności pochodzenie kwasów nukleinowych – DNA i RNA.

DNA złożony jest z dwóch nici i wykorzystywany jest w organizmach żywych jako trwały nośnik, na którym zapisane są informacje o ich budowie. RNA z kolei to jednoniciowa struktura, na którą przepisywana jest informacja z DNA przed syntezą białek. RNA jest wprawdzie strukturą mniej trwałą, ale może też działać podobnie do enzymów – elementów wspomagających zachodzenie reakcji chemicznych.

Ponieważ RNA może pełnić obie te funkcje, rozpowszechniła się hipoteza, tzw. świata RNA – że to RNA było pierwsze, a DNA powstało z niego później.

RNA BYŁO PIERWSZE NIŻ DNA? HIPOTEZA MO-DNA, ALE FELE-RNA

Z badań pod kierunkiem prof. Johna Sutherlanda z Cambridge, które ukazały się w „Nature”, wyłania się jednak inny obraz początków życia.

„Ta praca odsyła hipotezę świata RNA do lamusa. A właściwie mocno ją modyfikuje” – mówi prof. Robert Góra z Wydziału Chemicznego Politechniki Wrocławskiej, jeden ze współautorów. „Niewykluczone, że pierwsze polimery informacyjne były hybrydą RNA i DNA. A specjalizacja zaszła dopiero później” – dodaje.

Kolejny polski współautor, dr Rafał Szabla, z Instytutu Fizyki PAN i Uniwersytetu w Edynburgu, stypendysta programu START FNP, komentuje: „Idea jest taka, że DNA i RNA mogły powstać jednocześnie, a mają wspólne pochodzenie. To proste rozwiązanie. Ono leżało koło nas przez wiele lat, ale nikt tego wcześniej nie zauważył”. Według niego inne scenariusze (np. ten o pierwszeństwie RNA), wydają się trudniejsze do zrealizowania.

PRA-ALFABET

RNA i DNA to ogromne cząsteczki ale składają się z zaledwie 4 nukleotydów – alfabetu, w którym zapisana jest informacja genetyczna. Literki alfabetu RNA i DNA są do siebie dosyć podobne, ale nie identyczne.

Hybryda, o której mowa w „Nature”, składała się również z 4 literek: 2 z nich są analogiczne do tych, które znamy z DNA, a dwie – do tych z RNA. Być może ta kombinacja tworzyła prastary alfabet życia, z którego potem powstały dwa nieco różniące się od siebie alfabety, które znamy dziś.

Naukowcy z zespołu prof. Sutherlanda wskazali ścieżki reakcji, do których mogło dojść w „pierwotnej zupie”, aby z prostych związków możliwe było powstanie nukleotydów. Naukowcy wzięli pod uwagę, że na młodej Ziemi w okresie archaiku, ok. 3,8 mld lat temu, nie istniała warstwa ozonowa chroniąca naszą planetę przed promieniowaniem UV. Dlatego w swoich eksperymentach analizowali reakcje fotochemiczne, które mogły zachodzić przy wysokim poziomie promieniowania ultrafioletowego.

Już wcześniej było wiadomo, jak spontanicznie powstać tam mogły urydyna (U) i cytydyna (C) – literki wchodzące w skład genetycznego alfabetu RNA. Teraz naukowcy pokazali zaś, jak w podobnych warunkach mogły zaistnieć deoksyinozyna (dI) i deoksyadenozyna (dA) – nukleotydy analogiczne do struktur DNA. Literki z pierwszej dwójki tworzyłyby pary z literkami z drugiej dwójki. I w ten sposób zachodziło kopiowanie informacji.

CO Z TĄ HYBRYDĄ? NA RAZIE NIC NIE WIADOMO

Dr Szabla pytany, czy hybryda DNA i RNA miała jedną czy dwie nici, odpowiada, że na razie tego nie wiadomo. To dopiero wstęp do badań nad tym, jak w praktyce funkcjonował ten pradawny kwas nukleinowy.

Naukowcy z Politechniki Wrocławskiej – prof. Góra i jego wychowankowie: dr Szabla i Mikołaj Janicki – już wcześniej badali mechanizmy tworzenia produktów przejściowych na ścieżce do powstania nukleotydów. Dr Szabla zaproponował wyjaśnienie wydajnego mechanizmu fotoanomeryzacji (zmian konformacyjnych) na ścieżce syntezy urydyny i cytydyny (rezultaty tej pracy ukazały się w Nature Chemistry w 2017 roku). Natomiast wstępem do opisywanego artykułu w „Nature” stały się wyniki Mikołaja Janickiego, który badając oddziaływanie siarczku biorącego udział w reakcji z produktami przejściowymi, znalazł przypadkiem mechanizm, który może się okazać nowym typem fotokatalizy.

źródło: PAP – Nauka w Polsce