Πως ξεκίνησε η ζωή: Σημαντικό βήμα από τους ερευνητές για την επίλυση του μυστηρίου!

Η ύπαρξη της ζωής όπως τη γνωρίζουμε σήμερα βασίζεται σε μια περίπλοκη συνεργασία μεταξύ πρωτεϊνών και RNA. Οι πρωτεΐνες αποτελούν τα «εργαλεία» των κυττάρων, ρυθμίζοντας λειτουργίες που κυμαίνονται από τη μεταφορά οξυγόνου έως την κίνηση των μυών. Για να παραχθούν, χρειάζονται οδηγίες, και αυτές τις προσφέρει το RNA. Στους σύγχρονους οργανισμούς, η σύνδεση RNA και αμινοξέων γίνεται μέσω μεγάλων ενζύμων και του ριβοσώματος. Όμως δισεκατομμύρια χρόνια πριν, όταν δεν υπήρχαν τέτοιοι μηχανισμοί, πώς θα μπορούσαν να σχηματιστούν οι πρώτες πρωτεΐνες;

Μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature προτείνει μια πειστική απάντηση. Ερευνητές με επικεφαλής τον Matthew Powner, χημικό στο University College London, κατάφεραν να δείξουν ότι RNA και αμινοξέα θα μπορούσαν να συνδεθούν χωρίς τη βοήθεια ενζύμων, οδηγώντας στη δημιουργία μικρών πρωτεϊνών, των πεπτιδίων. Η ανακάλυψη αυτή, όπως σχολιάζει ο Thomas Carell από το Ludwig Maximilian University του Μονάχου, προσφέρει «εξαιρετική οπτική» σε ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια της προ-βιοτικής χημείας: πώς ξεκίνησε η ίδια η διαδικασία της ζωής.

Το πρόβλημα που είχαν να αντιμετωπίσουν οι επιστήμονες είναι ότι τα αμινοξέα δεν συνδέονται φυσικά σε αλυσίδες. Για να ενωθούν, χρειάζεται πρώτα να «ενεργοποιηθούν» χημικά. Σήμερα, αυτό γίνεται μέσω ενζύμων που αξιοποιούν μόρια ενέργειας όπως το ATP. Όμως σε ένα αρχέγονο περιβάλλον, πριν την εμφάνιση σύνθετων βιολογικών μηχανισμών, μια τέτοια διαδικασία έμοιαζε απίθανη.

Από τη δεκαετία του 1970, πολλά ερευνητικά κέντρα προσπάθησαν να αναπαραγάγουν τέτοιες αντιδράσεις σε συνθήκες που θυμίζουν την πρώιμη Γη. Τα αποτελέσματα ήταν φτωχά: τα παραγόμενα μόρια είτε σχηματίζονταν με χαμηλή απόδοση είτε διαλύονταν εύκολα στο νερό, γεγονός που τα καθιστούσε ασταθή. Ο Powner και η ομάδα του αποφάσισαν να δοκιμάσουν κάτι διαφορετικό.

Στρέφοντας το βλέμμα σε μια ένωση πλούσια σε ενέργεια, την πανθεΐνη, η οποία εμπλέκεται σε πολλές μεταβολικές διεργασίες και πιθανόν υπήρχε σε αλκαλικές λίμνες της πρώιμης Γης, οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι τα αμινοξέα μπορούν να αντιδράσουν μαζί της σχηματίζοντας μια νέα ένωση, την αμινοακυλοθειόλη. Το μόριο αυτό ήταν έτοιμο να συνδεθεί με RNA, αποτρέποντας τα αμινοξέα από το να ενωθούν τυχαία μεταξύ τους.

Το RNA μπορεί να πάρει δύο μορφές: μονόκλωνη και δίκλωνη έλικα. Όταν οι ερευνητές δοκίμασαν το πείραμα με μονόκλωνο RNA, οι συνδέσεις των αμινοξέων ήταν χαοτικές και χωρίς τάξη. Αντίθετα, όταν χρησιμοποίησαν δίκλωνο RNA, οι αντιδράσεις απέδωσαν μόρια αμινοακυλο-RNA με δομή όμοια με εκείνη που σήμερα παράγεται με τη βοήθεια ενζύμων. Ο Nick Lane, ειδικός στη μελέτη της προέλευσης της ζωής στο UCL, χαρακτήρισε το επίτευγμα «εντυπωσιακό», καθώς η χημεία που προκύπτει μοιάζει σε μεγάλο βαθμό με τη σύγχρονη βιολογική διαδικασία.

Η ομάδα δεν έμεινε εκεί. Σε επόμενο βήμα, εμπλούτισε το πείραμα με υδρόθειο και θειοξέα, ουσίες που πιθανότατα υπήρχαν σε αφθονία στη Γη πριν δισεκατομμύρια χρόνια. Το αποτέλεσμα ήταν ότι τα αμινοξέα των αμινοακυλο-RNA ενώθηκαν σε μικρές αλυσίδες πεπτιδίων, χωρίς την παραμικρή βοήθεια ενζύμων ή ριβοσωμάτων.

Παρά τη σπουδαιότητα των ευρημάτων, το αποτέλεσμα έχει ακόμη περιορισμούς. Οι αλυσίδες πεπτιδίων σχηματίστηκαν με τυχαία σειρά αμινοξέων και όχι με τον αυστηρό, γενετικά καθορισμένο τρόπο που συναντούμε στη σύγχρονη βιολογία. «Αυτό το πρόβλημα δεν έχει λυθεί ακόμη», επισημαίνει ο Lane. Ο ίδιος όμως παραδέχεται ότι η μελέτη συμβάλλει στη γεφύρωση δύο αντίπαλων θεωρητικών σχολών: εκείνων που θεωρούν το RNA το θεμέλιο της ζωής και εκείνων που δίνουν προτεραιότητα στα χημικά δίκτυα του μεταβολισμού.

Ο ίδιος ο Powner παραδέχεται ότι η έρευνα είναι μόνο η αρχή, αλλά υπογραμμίζει ότι ήδη διαφαίνεται μια «προτίμηση» ορισμένων RNA να αλληλεπιδρούν με συγκεκριμένα αμινοξέα. Αυτό το στοιχείο ίσως αποτελεί το πρώτο βήμα για να κατανοήσουμε πώς οι πληροφοριακές ακολουθίες μπόρεσαν να καθοδηγήσουν τη δημιουργία λειτουργικών πρωτεϊνών.

Η σημασία της μελέτης δεν έγκειται μόνο στην απάντηση ενός παλιού επιστημονικού ερωτήματος, αλλά και στην ανάδειξη ενός πιθανού δρόμου για το πώς η χημεία της Γης μετατράπηκε σταδιακά σε βιολογία. Αν η σύνδεση RNA και αμινοξέων μπορούσε να συμβεί φυσικά σε λίμνες πλούσιες σε χημικές ενώσεις, τότε η απαρχή της ζωής ίσως να μην ήταν ένα απίθανο ατύχημα, αλλά μια αναπόφευκτη εξέλιξη.

[via]