молекулы рнк

Хотя сейчас именно ДНК выступает главным носителем наследственной информации, ученые считают, что первой «молекулой жизни», которая запустила эволюцию, была РНК. Согласно гипотезе «мира РНК», на ранних этапах эволюции РНК одновременно хранила генетическую информацию, катализировала химические реакции и самовоспроизводилась. Гипотеза находит все больше подтверждений. Так, даже современные молекулы РНК способны складываться в устойчивые трёхмерные структуры и действовать как катализаторы — ускорять химические реакции, при этом не расходуясь.

До сих пор ученым не удавалось найти РНК, способную полностью самокопироваться — а это главный признак живого. Однако новое исследование, опубликованное в Science, приблизило их к этой цели: ученые создали молекулы, которые смогли осуществить основные этапы самовоспроизведения.

Поиск РНК, способной воспроизводить себя, начался еще в 1993 году. Джек Шостак из Университета Чикаго и Дэвид Бартель из MIT создали библиотеки из триллионов различных РНК и нашли молекулы, которые участвовали в синтезе других РНК. В 2009 году Джойс и его коллеги выделили две РНК, способные синтезировать друг друга. Однако эти молекулы не могли полностью самовоспроизводиться поодиночке. К тому же они были слишком длинными, чтобы оставаться стабильными в условиях ранней Земли.

Авторы нового исследования, биохимики Эдоардо Джанни и Филипп Холлигер из Кембриджского университета, решили провести эксперименты при низких температурах. Это замедляло разрушение РНК и одновременно облегчало самокопирование. Как объясняет Холлигер, когда вода замерзает, растворенные РНК, нуклеотиды и соли вытесняются из растущих кристаллов льда и концентрируются в крошечных «канальцах». В этих канальцах меньше свободной воды, поэтому РНК разрушается медленнее.

Однако сложность была в том, что в замёрзшем растворе молекулы РНК обычно сворачиваются, и в таком виде они могут работать как катализаторы. Но чтобы РНК могла служить шаблоном для копирования, она должна быть распрямлённой. Учёные нашли возможный выход: если добавить специальные «тройки» нуклеотидов, они помогают удерживать РНК в открытой форме.

После экспериментов с почти триллионом случайных последовательностей команда обнаружила, что сочетание одиночных нуклеотидов и таких «троек» позволяет одним цепям оставаться свернутыми и катализировать реакции, а другим — распрямляться и служить шаблоном для копирования.

В результате учёные нашли три молекулы РНК длиной около 45 нуклеотидов, которые могли сначала строить комплементарные цепи, а затем синтезировать исходную последовательность. Это уже очень близко к настоящему самокопированию. Однако пока не доказано, что одна и та же молекула способна самостоятельно проходить оба шага и повторять этот цикл многократно. Кроме того, на синтез новой цепи уходило около 72 дней.

Тем не менее исследователи считают, что жизнь зарождалась именно в холодной среде, а естественные циклы замораживания и оттаивания помогали концентрировать строительные блоки жизни.

«Следующая задача — воспроизвести повторяющиеся циклы репликации», — говорит Шостак. Тогда гипотеза «мира РНК» станет наиболее вероятным сценарием начала жизни.