Учёные показали механизм, который мог стабилизировать первые молекулы РНК
Исследователи из мюнхенского кластера передовых исследований ORIGINS продемонстрировали механизм, который мог позволить первым молекулам РНК стабилизироваться в первичном бульоне. Когда две цепи РНК объединяются, их стабильность и срок жизни значительно увеличиваются. Работа опубликована в журнале Nature Chemistry.
Проблема нестабильности РНК в воде
Учёные считают, что РНК, способная хранить информацию и катализировать биохимические реакции, была одной из первых сложных молекул. Однако активные молекулы РНК, состоящие из сотен или тысяч оснований, очень нестабильны в воде и быстро распадаются на составные части (гидролиз).
Эксперимент с образованием двойных цепей
Используя модель системы оснований РНК, которые соединяются легче современных природных, команда добавила их в водный раствор с источником энергии. Образовавшиеся короткие цепочки (до 5 пар оснований) существовали лишь минуты.
Ситуация изменилась, когда в раствор добавили короткие предварительно сформированные цепи РНК. Свободные комплементарные основания быстро присоединились к ним в процессе гибридизации. Образовались двойные цепи длиной 3–5 пар оснований, которые оставались стабильными в течение нескольких часов.
Значение двойных цепей для происхождения жизни
Двойные цепи РНК имеют два ключевых преимущества:
- Увеличенный срок жизни в первичном бульоне.
- Они служат основой для каталитически активной РНК, так как приводят к сворачиванию молекулы.
Учёные предполагают, что короткие молекулы из трёх оснований могли соединяться с комплементарными, образуя стабильную двойную цепь. Благодаря увеличенному сроку жизни к ней могли присоединяться новые основания, позволяя цепи расти.
Роль в эволюции протоклеток
Двойные цепи РНК также могли помочь в формировании протоклеток — капелек, отделённых от внешней среды. Если их границы состоят из двухцепочечной РНК, клетки становятся стабильнее, что препятствует их слиянию и смешиванию содержимого. Это давало эволюционное преимущество, позволяя отдельным протоклеткам развивать уникальную идентичность.
Практическая значимость
Исследование не только приближает к ответу на один из старейших научных вопросов, но и генерирует знания о РНК, которые могут быть полезны сегодня, например, в разработке вакцин.