Исследователи из Университетского колледжа Лондона впервые смогли экспериментально воспроизвести процесс, который, вероятно, способствовал зарождению жизни на Земле почти 4 миллиарда лет назад. Им удалось соединить РНК и аминокислоты в условиях, максимально приближенных к тем, что царили на ранней планете.
Об этом сообщает ProIT
Исторический прорыв в исследованиях происхождения жизни
Аминокислоты — основа белков, которые выполняют практически все жизненные функции. Однако белки не могут самостоятельно копироваться или кодировать информацию для собственного синтеза — такие инструкции хранятся в молекулах РНК, которые тесно связаны с ДНК. На протяжении десятилетий учёные пытались повторить процесс соединения аминокислот с РНК в лабораторных условиях, подобных тем, которые были на Земле более 4 миллиардов лет назад. До этого момента все попытки оставались неудачными.
“Жизнь заключается в способности синтезировать белки — ключевые функциональные молекулы жизни. Понимание происхождения синтеза белка имеет основополагающее значение для понимания происхождения жизни. Наше исследование — большой шаг на пути к этой цели, который показывает, как РНК могла впервые начать контролировать синтез белка”, — объясняет старший автор исследования с кафедры химии Университетского колледжа Лондона, профессор Мэтью Паунер.
Новый метод и значение открытия
В современных организмах синтез белка происходит с помощью сложных молекулярных машин — рибосом, которые управляются инструкциями с матричной РНК. В результате этой сложной взаимодействия рибосома считывает генетический код и формирует белковые цепочки из аминокислот. В новом исследовании британские учёные использовали более простую и менее агрессивную реакцию, имитирующую химические процессы первобытной Земли — для связывания аминокислот с РНК применили тиоэфир, высокоэнергетическое соединение, которое играет важную роль в биохимических процессах и, вероятно, было присутствовало на ранних этапах развития жизни.
Предыдущие методы основывались на реакциях с участием очень активных молекул, которые быстро разрушались в воде, не обеспечивая эффективного связывания аминокислот с РНК. Новый подход позволил осуществить этот процесс в воде с нейтральным pH, значительно приблизив эксперимент к реальным древним условиям нашей планеты.
Учёный подчеркнул, что это исследование объединяет две ключевые гипотезы о происхождении жизни: “мир РНК”, в котором роль фундаментальной молекулы отводится РНК, и “мир тиоэфиров”, где тиоэфиры рассматриваются как источник энергии для первичных форм жизни. Для образования тиоэфиров аминокислоты реагируют с серосодержащим соединением — пантетином, возможность синтеза которого в условиях ранней Земли также была недавно подтверждена этой научной группой.
Дальнейшие исследования направлены на выяснение механизмов связывания определённых последовательностей РНК с соответствующими аминокислотами, что позволит понять, как РНК могла кодировать инструкции для синтеза белков. По словам Мэтью Паунера, впереди ещё много вопросов, среди которых — определение причин, которые привели к синтезу первых белков.
Ведущий автор исследования, доктор Джоти Сингх, отмечает, что это открытие показывает, как активированные аминокислоты и РНК могли формировать короткие цепочки — пептиды, необходимые для жизни. Особенностью работы является то, что активированная аминокислота была тиоэфиром — соединением, образованным из кофермента А, который присутствует во всех живых клетках. Это открытие потенциально связывает метаболизм, генетический код и синтез белка.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature.