Биохимики собрали примитивные протоклетки из полимеров и РНК
14 октября 2012 года
Американские биохимики смогли повторить процесс появления первых "протоклеток" на заре развития жизни на Земле, поместив несколько коротких последовательностей РНК в полимерную оболочку, огораживающую живой организм от внешней среды, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Chemistry.
По общепринятой на сегодня теории "РНК-мира", роль белков и ДНК в первых живых организмах на земле играли молекулы РНК. В последствие клеточными процессами стали управлять цепочки аминокислот - белки - а роль хранилища генетической информации заняла ДНК. В последние годы ученые экспериментируют с различными короткими молекулами РНК, пытаясь воспроизвести процесс зарождения жизни в лаборатории.
"Одной из недостающих деталек загадки так называемого РНК-мира является компартментализация. Само существование молекул, составляющих основу РНК, недостаточно для зарождения жизни - необходимо, чтобы эти "кирпичики" плавали не в свободном пространстве, а в огороженной от внешнего мира среде. Этот "загон" должен быть достаточно небольшим, чтобы молекулы не успели разбежаться до завершения химической реакции", - пояснил руководитель группы химиков Филип Бевилаккуа (Philip Bevilacqua) из университета штата Пенсильвания в городе Юниверсити Парк (США).
Бевилаккуа и его коллеги изучали химические свойства молотообразных рибозим - коротких РНК, способных копировать себя при наличии подходящего строительного материала. Как правило, самокопирование РНК не происходит вне живых клеток, так как вне клетки отсутствуют благоприятные условия среды для реакции и достаточное количество нуклеотидов - молекул-"кирпичиков" ДНК и РНК.
Авторы статьи попытались устранить этот недостаток, изготовив набор из нескольких замкнутых оболочек разных размеров из двух полимеров - полиэтиленгликоля и декстрана. Искусственные "клетки" из этих веществ хорошо пропускают молекулы воды и другие небольшие соединения, но удерживают внутри относительно длинные и крупные молекулы РНК.
Ученые ввели несколько молекул рибозим и подходящий набор из нуклеотидов в эти оболочки и проследили за тем, как менялось количество молекул РНК внутри них.
Оказалось, что при достаточно небольших размерах "клетки" в ней начинали происходить химические реакции с участием молекул РНК. По расчетам биохимиков, количество рибозим в самых небольших клетках увеличилось в три тысячи раз до остановки эксперимента. При этом в "клетках" происходила своеобразная сортировка - короткие и химически инертные РНК постепенно выбрасывались, а крупные и активные молекулы оставались в ее пределах.
"Мы считаем, что наше исследование открыло один из примитивнейших методов сортировки молекул. И если ранние протоклетки были действительно похожи на нашу химическую модель, то в таких клетках длинные, "полезные" РНК оставались бы внутри организма, тогда как короткие РНК, химически инертные или замедляющие реакции, были бы отсеяны", - пояснил Бевилаккуа.
Как считают авторы статьи, им удалось продемонстрировать то, как могли появиться простейшие РНК-организмы в первичном океане Земли. В своих следующих работах Бевилаккуа и его коллеги планируют найти более реалистичный материал для оболочки, близкий по химическому составу к реальным клеточным стенкам.