Как возникла жизнь на Земле и может ли она существовать где-то еще? Исследователи из Университета Саймона Фрейзера (SFU) выделили генетический ключ — фермент, известный как РНК-полимераза, который дает новое представление о происхождении жизни.
Исследователи из лаборатории молекулярной биологии и биохимии SFU работают над продвижением гипотезы мира РНК в ответ на фундаментальные вопросы о зарождении жизни.
Гипотеза предполагает, что жизнь на нашей планете началась с самовоспроизводящихся молекул рибонуклеиновой кислоты (РНК), способных не только нести генетическую информацию, но и управлять химическими реакциями, необходимыми для жизни, до эволюции дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и белков, которые теперь выполняют обе функции в наших клетках.
В процессе эволюции in vitro в лаборатории команда ученых выделила рибозим на основе промотора РНК-полимеразы — фермент, способный синтезировать РНК, используя РНК в качестве шаблона, который обладает способностями, эквивалентными современным белковым полимеразам.
«Эта РНК-полимераза обладает многими особенностями современных белковых полимераз; она была разработана для распознавания промотора РНК, а затем для последовательного копирования РНК», — говорят ученые. «Наше открытие подразумевает, что подобные РНК-ферменты на ранних этапах эволюции жизни также могли проявлять такие сложные биологические особенности.»
Есть свидетельства, что РНК появилась раньше ДНК и белков. Например, рибосома, «машина», которая производит белки в наших клетках, построена из РНК. Однако белки лучше катализируют реакции.
Это привело экспертов к теории, что эта «машина» была изобретением позднего мира РНК, который никогда не был отброшен эволюцией.
ДНК также состоит из РНК. Поскольку РНК является мастером на все руки и может выполнять функции как белка, так и ДНК, это предполагает, что ДНК и белки эволюционировали позже как «обновление» для усиления клеточных функций, первоначально поддерживаемых РНК.
Рибозим зажимной полимеразы, обнаруженный лабораторией SFU, указывает на то, что репликация РНК с помощью РНК-катализаторов действительно могла быть возможна в такой примитивной жизни.
Долгосрочная цель исследователей — создать саморазвивающуюся систему в лаборатории. Это потребует создания рибозима РНК-полимеразы, который также может воспроизводить и поддерживать себя, чтобы получить более глубокое понимание того, как появились ранние организмы на основе РНК.
«Если бы мы смогли создать живую и развивающуюся систему на основе РНК в лаборатории, мы бы сделали что-то совершенно замечательное, что, вероятно, никогда не существовало с самого начала жизни на этой планете», — говорят исследователи.
«Понимая фундаментальную сложность возникновения жизни в лаборатории, мы можем начать оценивать шансы существования жизни на других планетах и определять вероятность того, что такие планеты, как Марс, либо имели, либо все еще имеют потенциал для жизни.»
Исследование опубликовано в журнале Science.