Искусственные РНК копируют сами себя до бесконечности

Учёным из исследовательского института Скриппса (Scripps Research Institute) впервые удалось синтезировать РНК-ферменты, которые способны воспроизводить сами себя бесконечно, даже в отсутствие каких-либо белков и других составляющих клетки. Предполагается, что такие же соединения стали основой жизни на Земле.

Наука давно пытается найти ответ на вопрос, как же на нашей планете появилась жизнь. Одна из гипотез гласит, что первыми молекулами, способными создавать копии самих себя, были РНК (так называемая гипотеза мира РНК). Именно они и заложили зачатки наследственности – столь важного свойства живых организмов. Значительно позже их функции переняли на себя ДНК и белки. Теперь РНК не может выполнять свои задачи отдельно от ДНК, являющейся главным носителем наследственной информации.

Гипотеза гипотезой, однако ранее у учёных так и не получилось создать колонию РНК-ферментов (или как их ещё называют рибозим), катализирующих процесс копирования РНК без помощи каких-либо соединений со стороны.

Трейси Линкольн (Tracey Lincoln) и её научному руководителю профессору Джеральду Джойсу (Gerald Joyce) это удалось впервые.

Эволюции в пробирке им удалось достичь при помощи метода принудительной адаптации. Если говорить упрощённо: сначала учёные взяли созданный ранее рибозим, проявляющий способности к репликации, затем они улучшили его, чтобы он смог эффективно и непрерывно самовоспроизводится.

Конечно, процесс был вовсе не так прост. Чтобы добиться желаемого результата, Линкольн поначалу синтезировала в лаборатории огромное количество вариаций тех самых РНК-ферментов.

Затем в пробирках было проведено тестирование наиболее многообещающих образцов. В конце концов учёные выделили именно те соединения, которые наиболее эффективно воспроизводили себе подобных.

Полученный образец представляет собой пару ферментов, каждый из которых состоит из двух частей (элементов). Оба рибозима являются катализаторами, осуществляющими сборку "соседа".

Циклический процесс кроссрепликации (то есть перекрёстной, взаимной репликации) осуществляется следующим образом: первый рибозим связывает обе части второго, создавая с их помощью его новую копию, в это же время второй рибозим проделывает ту же операцию с первым.

Таким образом, оба фермента осуществляют сборку друг друга. В начале необходимо лишь небольшое стартовое количество двух РНК-ферментов, а также постоянно пополняющийся запас их составляющих частей.

Но и на этом биологи не остановились. Они вывели несколько таких успешных пар рибозимов, затем смешали 12 из них в одной среде (вместе с необходимыми им для постройки элементами) и посмотрели, кто же лучше всего будет бороться за место под солнцем.

Позже выяснилось, что несколько ферментов всё же совершали ошибки и "приклеивали" не те составляющие рибозимов, которые надо (выхватывая из массы чужие элементы). Такие "неправильные" копии продолжали плодиться, а некоторые из них даже начинали доминировать в смеси. В пробирках происходила своего рода эволюция! И возможно, биологи смогли взглянуть на процессы, что происходили в начале появления жизни на Земле.

"То, что мы имеем, нельзя назвать формой жизни, однако это нечто обладает свойствами живых организмов, и это очень интересно", — делится впечатлениями Линкольн.

О потенциальных возможностях применения обнаруженных РНК-ферментов учёные пока не распространяются.

Элементы рибозимов, которые учёные исследовали в своей лаборатории, достаточно сложны по своей структуре (состоят из множества нуклеотидов) и вряд ли присутствовали в первобытных водоёмах. Составляющие зарождающейся жизни, вероятно, были проще. Тем не менее открытие Джойса и Линкольн подтверждает гипотезу РНК-мира и наверняка станет основой для будущих работ в данной области.

Подробности проведённого исследования можно найти в пресс-релизе института и в статье авторов открытия, вышедшей в журнале Science.