Случайное открытие помогло решить одну из загадок происхождения жизни

В современных клетках генетические чертежи хранит ДНК, но для их копирования ей необходимы белки. Сами белки не могут появиться без инструкций ДНК. Что возникло раньше? По мнению биохимиков, прародителем жизни была РНК — молекула, способная и хранить код, и ускорять химические реакции. Исследователи из Университета Нотр-Дам сделали важный шаг к подтверждению этой гипотезы. В журнале Nature Communications они представили искусственный РНК-фермент (рибозим), который самостоятельно находит и «склеивает» разорванные генетические цепочки.

Открытие дает сильный аргумент в пользу гипотезы «мира РНК». Согласно ей, первые организмы Земли около 4 млрд лет назад обходились без ДНК и белков. Но оставался открытым вопрос: как эти хрупкие геномы выживали при неизбежных повреждениях от тепла или агрессивной среды? Без механизмов защиты информация была бы безвозвратно утеряна, навсегда остановив эволюцию.

Созданный рибозим доказал, что для защиты кода белки не требовались. Молекула РНК способна сама выполнять функции ремонтной мастерской. Она безошибочно распознает разорванные участки по их химическому маркеру — фосфатной группе на конце цепи. При этом целые молекулы, заканчивающиеся стандартной гидроксильной группой, фермент полностью игнорирует.

Поскольку организмы из «мира РНК» давно исчезли, ученым приходится воссоздавать их элементы методом направленной эволюции в пробирке (in vitro). Из триллионов случайных молекул исследователи отбирают катализаторы с нужными свойствами. Этот процесс во многом зависит от удачи, и в данном случае ученым улыбнулась фортуна.

Изначально команда планировала лишь немного модифицировать известный класс рибозимов. Однако в ходе эксперимента биологи столкнулись с неожиданными результатами. Они изучили аномалию и обнаружили принципиально новый фермент.

Авторы признаются, что удивлены тем, почему такой эффективный инструмент не был открыт кем-то раньше.

Значение открытия выходит за рамки фундаментальной биологии. Разрушение молекул РНК — классический признак многих патологий, включая тяжелые вирусные инфекции и некоторые виды рака. Однако стандартные методы секвенирования (расшифровки) РНК не видят разорванные фрагменты, так как используемые химические метки к ним просто не прикрепляются.

Новый рибозим, благодаря избирательности к повреждениям, способен решить эту проблему биотехнологии. Он может изолировать разорванные фрагменты перед анализом, делая их видимыми для диагностического оборудования.

Сейчас авторы активно работают над повышением эффективности рибозима для его применения в высокоточной медицинской диагностике.

Ключ к происхождению жизни: открыта РНК, способная к синтезу своей копии

Эксперимент показал, что могло помешать зарождению жизни на Земле

Химический задел для зарождения жизни на Земле обеспечили древние континенты

Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX