Инозин может быть потенциальным путем к первой РНК и происхождению жизни на Земле

Наша доисторическая Земля, постоянно подвергавшаяся бомбардировкам метеоритов, изобилующая бурлящими геотермальными бассейнами, сегодня может показаться не слишком гостеприимной. Но где-то в химическом хаосе нашей ранней планеты сформировалась жизнь. Как это произошло? На протяжении десятилетий ученые пытались создать в лаборатории миниатюрные реплики ранней Земли. Там они охотятся за изначальными ингредиентами, которые создали жизненно важные строительные блоки.

Нам важно исследовать нашу историю происхождения. Но такое исследование может принести больше, чем просто новую информацию о возникновении жизни. Знание того, как Земля построила свои первые живые клетки, может помочь нам в поиске внеземной жизни. Если мы определим ингредиенты и окружающую среду, необходимые для возникновения жизни, мы смогли бы искать подобные условия на других планетах.

Сегодня большая часть исследований происхождения жизни сосредоточена на одном конкретном строительном блоке: РНК. Хотя некоторые ученые полагают, что жизнь, образовалась из более простых молекул и только более поздней эволюционирующей РНК, другие ищут доказательства, подтверждающие (или опровергающие), что РНК образуется в первую очередь. Комплексная, но универсальная молекула, РНК хранит и передает генетическую информацию и помогает синтезировать белки, и все это делает ее кандидатом для основы первых живых клеток.

Чтобы проверить эту «гипотезу мира РНК», исследователи сталкиваются с двумя проблемами. Во-первых, им необходимо определить, какие ингредиенты реагируют на создание четырех нуклеотидов РНК — аденина, гуанина, цитозина и урацила (A, G, C и U). И, во-вторых, им необходимо определить, как РНК хранит и копирует генетическую информацию, чтобы воспроизвести себя.

До сих пор ученые добились значительного прогресса в поиске прекурсоров для C и U. Но A и G остаются неуловимыми. Теперь, в статье, опубликованной в PNAS, Джек У. Шостак, профессор химии и химической биологии Гарвардского университета, вместе с первым автором и аспирантом Сёхьюном Кимом предполагают, что РНК могла начать с другого набора нуклеотидных оснований — вместо гуанина РНК могла опираться на суррогат-инозин.

«Наше исследование показывает, что самые ранние формы жизни (с A, U, C и I), возможно, возникли из другого набора нуклеиновых оснований, чем те, которые были найдены в современной жизни (A, U, C и G)», — сказал Ким. Как он и его команда пришли к такому выводу? Попытки лаборатории изготовить A и G, пуриновые нуклеотиды, произвели слишком много нежелательных побочных продуктов. В последнее время, однако, исследователи обнаружили способ сделать версии аденозина и инозин-8-оксоаденозина и 8-оксо-инозина из материалов, доступных на первичной Земле. Итак, ученые попытались выяснить, может ли РНК, построенная с этими аналогами, эффективно реплицироваться.

Но заменители не исполнили этой функции. 8-оксо-пуриновая РНК все еще работает, но она теряет как скорость, так и точность, необходимую для копирования. Если она реплицируется слишком медленно, она разрушается до завершения процесса. Если она делает слишком много ошибок, она не может служить верным средством для репликации и эволюции.

Несмотря на их недостаточную производительность, 8-оксо-пурины неожиданно удивили. В рамках теста команда ученых сравнивала способности 8-оксо-инозина с инозином. В отличие от своего аналога, инозин позволил рибонуклеиновой кислоте копировать быстро и с немногими ошибками. «Оказывается, проявляются разумные темпы и погрешности в реакциях копирования РНК», — заключили исследователи. «Мы предполагаем, что инозин мог служить суррогатом для гуанозина в раннем появлении жизни».

Открытие ученых может помочь обосновать гипотезу о мире РНК. Со временем их работа может подтвердить основную роль РНК в нашей истории происхождения. Или ученые могут обнаружить, что ранняя Земля предлагала множество путей для роста жизни. В конце концов, вооружившись этим знанием, ученые могли бы идентифицировать другие планеты, у которых есть необходимые ингредиенты, и определить, возможна ли где-то жизнь во вселенной.

Seohyun Chris Kim el al., «Inosine, but none of the 8-oxo-purines, is a plausible component of a primordial version of RNA,» PNAS (2018). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1814367115