Seien wir ehrlich: Die Frage „Woher kommen wir?“ wir tragen es schon eine ganze Weile mit uns herum. Ich spreche hier nicht von Großeltern und Urgroßeltern, wohlgemerkt, sondern vom Anfang von allem, von jenem Urfunken, der eine Handvoll unbelebter Moleküle in … nun ja, in uns und in den gesamten biologischen Zirkus verwandelte, der uns umgibt. Nun scheint eine Gruppe von Forschern ein wichtiges Stück zu diesem kosmischen Puzzle hinzugefügt zu haben, indem sie mit RNA arbeiteten, jenem Alleskönner-Molekül, das viele für den unangefochtenen Star derUrsprung des Lebens.
Es ist ihnen gelungen, eine RNA-Enzymkopie selbst herzustellen, wenn auch bisher nur teilweise. Kommt Ihnen das wenig vor? Vielleicht. Bedenken Sie jedoch, dass es hier um die Nachahmung von Prozessen im Labor geht, mit denen vor Milliarden von Jahren möglicherweise alles begann. Es ist, als würden wir die erste Seite eines Buches finden, von dessen Existenz wir nicht einmal wussten.
Die Schlüsselrolle der RNA bei der Entstehung des Lebens
Die RNA, oder Ribonukleinsäure, steht seit langem im Rampenlicht, wenn es um die frühesten Stadien des Lebens auf der Erde geht. Im Gegensatz zu DNA, ein Meister der Speicherung genetischer Informationen, und Protein, die Arbeitspferde der Zelle, die Reaktionen katalysieren können, verfügt RNA über die außergewöhnliche Fähigkeit, beides zu tun. Sicher, es verfügt möglicherweise nicht über die spezialisierte Effizienz der anderen beiden, aber seine Vielseitigkeit macht es zum idealen Kandidaten für die Rolle des „ersten Moleküls des Lebens“. Die als „RNA-Welt-Hypothese“ bekannte Idee geht davon aus, dass das Leben mit sich selbst replizierenden RNA-Molekülen begann.
Wie er sagte James Attwater dell 'University College London, einer der Autoren der Studie: „Dies war das Molekül, das die Biologie steuerte.“ Kurz gesagt: ein wahrer molekularer Alleskönner.
Das Problem besteht jedoch darin, dass die Replikation von RNA im Labor kein Kinderspiel ist. RNA kann, ähnlich wie DNA, Doppelhelices bilden und könnte sich theoretisch selbst kopieren, indem sie diese Doppelhelix in zwei Einzelstränge aufspaltet und dann jeden Strang als Vorlage für die Herstellung eines neuen verwendet. Das Problem besteht darin, dass diese RNA-Doppelhelices durch sehr starke Bindungen zusammengehalten werden, viel stärker als die der DNA. Sobald die beiden Stränge gebildet sind, ist es sehr schwierig, sie lange genug voneinander zu trennen, um eine Replikation zu ermöglichen.
Es ist ein bisschen so, als würde man versuchen, zwei Stücke eines superstarken Klettverschlusses abzuziehen, während sie in Klebstoff getaucht bleiben. Nicht gerade einfach.
Tripletts und thermische Zyklen: Die neue Strategie zum Verständnis der Entstehung des Lebens
Attwaters Team, dessen Forschung in der renommierten Zeitschrift veröffentlicht wurde Nature Chemistry, hat einen genialen Weg gefunden, dieses Hindernis zu umgehen. Sie fanden heraus, dass kleine RNA-Fragmente, die aus drei „Buchstaben“ (den stickstoffhaltigen Basen, aus denen die RNA besteht) bestehen, sogenannte Tripletts, mit ausreichender Kraft an die Einzelstränge binden, um ein zu schnelles Schließen der Doppelhelix zu verhindern.
Ähnlich wie die Buchstaben des Wortes RNA scheint die Drei die magische Zahl zu sein, wenn es um den Ursprung des Lebens geht: Längere Fragmente laufen Gefahr, nicht zusammenzupassen und Verwirrung zu stiften. Es ist wie mit winzigen molekularen Briefbeschwerern, die stark genug sind, um die Seiten auseinanderzuhalten, aber nicht so sperrig, dass sie das Lesen behindern.
Das von den Forschern entwickelte Verfahren ist faszinierend. Sie beginnen mit einem RNA-Enzym (einem Ribozym) in Form einer Doppelhelix und mischen es mit diesen Tripletts. Anschließend säuern sie die Lösung an und erhitzen sie auf 80 Grad Celsius. Diese Hitze und Säure „öffnet“ die Doppelhelix und ermöglicht es den Tripletts, sich an die Einzelstränge zu binden. Anschließend wird die Lösung alkalisch gemacht und stark auf minus 7 Grad Celsius abgekühlt. Durch das Einfrieren des Wassers wird die verbleibende Flüssigkeit extrem konzentriert, und hier kommt das RNA-Enzym ins Spiel: Es wird aktiv und beginnt, die an den Matrizenstrang gebundenen Tripletts „zusammenzunähen“, wodurch ein neuer komplementärer Strang entsteht.
Bisher ist es den Forschern gelungen, bis zu 30 „Buchstaben“ des ursprünglichen Enzyms zu replizieren, das 180 Buchstaben lang ist. Es handelt sich zwar noch nicht um eine vollständige Replikation, aber es ist ein riesiger Schritt. Die Forscher sind zuversichtlich, dass sie ihr Ziel erreichen können, indem sie die Effizienz des Enzyms verbessern. Dieses sehr einfache molekulare System, betont Attwater, hat einige wirklich faszinierende Eigenschaften.
Implikationen und Zusammenhänge mit dem genetischen Code
Besonders faszinierend ist die mögliche Verbindung zwischen den im Experiment verwendeten RNA-Tripletts und dem Triplettcode, den unsere Zellen heute zur Festlegung der Proteinsequenz verwenden. Kennen Sie den genetischen Code? Diejenige, die die Sprache der DNA und RNA in die Sprache der Proteine übersetzt? Es werden Gruppen von drei Buchstaben verwendet. „Es besteht möglicherweise ein Zusammenhang zwischen der Art und Weise, wie die Biologie in der Vergangenheit ihre RNA kopiert hat, und der Art und Weise, wie die Biologie heute RNA verwendet“, spekuliert er. AttwaterEs ist, als hätten wir einen alten molekularen Dialekt gefunden, der selbst in der modernen Sprache des Lebens Spuren vom Ursprung des Lebens hinterlassen hat.
Darüber hinaus beobachtete das Team, dass die Tripletts, die sich in diesem System am bereitwilligsten an der Replikation beteiligen, auch diejenigen sind, die die stärksten Bindungen eingehen. Und siehe da: Man geht davon aus, dass der allererste genetische Code bei der Entstehung des Lebens genau aus diesen „starken“ Tripletts bestand. Ein weiterer zum Nachdenken anregender Zufall.
Die für diesen Prozess notwendigen Bedingungen mit Zyklen aus Erwärmung, Abkühlung und pH-Änderungen könnten auf der frühen Erde auf natürliche Weise vorgekommen sein. Angesichts des Bedarfs an Süßwasser ist es wahrscheinlicher, dass dies an Land geschah, vielleicht in geothermischen Systemen, wie man sie heute in Island findet, wo es heiße Quellen mit sehr unterschiedlichen pH-Werten gibt, von denen einige so sauer sind wie die im Experiment verwendeten.
Dem Verständnis immer näher
Die Idee, dass der Ursprung des Lebens stattgefunden haben könnte in geothermischen Pools terrestrisch ist nichts Neues und diese Studie trägt einen Teil zu ihren Gunsten bei. Auch wir bei Futuro Prossimo Wir untersuchten verschiedene Hypothesen, aber wie er betont Zachary Adam dell 'Universität von Wisconsin-MadisonDiese Arbeit könnte auf eine rein chemische, noch nicht computerbasierte Rolle der RNA-Tripletts hinweisen, sogar noch vor der Entstehung einer lebenden Zelle.
Langsam, aber sicher lüften wir eines der tiefsten Geheimnisse der Wissenschaft und verstehen nicht nur, wie das Leben begann, sondern auch, wo und wie – Schritt für Schritt. Jede Entdeckung bringt uns dem Verständnis näher, wie die ersten RNA-Moleküle den Ursprung des Lebens in Gang setzten – die Kette von Ereignissen, die zu der biologischen Komplexität führten, die wir heute kennen. Wer weiß, vielleicht gelingt es uns eines Tages tatsächlich, diesen ersten, zaghaften Funken zu rekonstruieren und den molekularen Weg zurückzuverfolgen, der aus regloser Materie pulsierendes Leben machte.
