Szintetikusan már létezik az az enzim, amely beindíthatta az életet a Földön

„Azt már régóta sejtjük, hogy az életetnek legkésőbb 3 milliárd évvel ezelőtt a foszforilációnak nevezett biokémiai folyamat adott kezdő lökést, a ma ismert enzimek nem képesek ilyesmire, így nem tudjuk, mi lehetett a katalizátor” – nyilatkozta az amerikai Seekernek Ramanarayanan Krishnamurthy, a kaliforniai Scripps Research Institute biokémikus kutatója a Nature november 6-i nyomtatott kiadásában megjelent tanulmányról.

Az élet keletkezése ma még ismeretlen rejtély. Az ugyanakkor tudott, hogy a részben megszilárdult kérgű bolygót 4 milliárd évvel ezelőtt az univerzumban máshol is megtalálható elemekkel, vegyületekkel és gázokkal teli élettelen víz és vizes iszap fedte. A geotermikus energiával fűtött életelőtti, szakszóval prebiotikus főzelékben – mintegy varázsütésre – jelentek meg az első óriás molekulák, cukrok, aminosavak, aztán az ősfehérjék, majd a primitív sejtmembránok, hogy a rákövetkező évmilliárdok alatt lépésről lépésre (a legújabb modellek szerint inkább ugrásról ugrásra) kialakuljon a ma ismert sokszínű és rendkívül komplex élővilág. Az is tudott, hogy a foszforiláció jelentős szerepet játszik például a fehérjék térszerkezetének kialakításában, és egyáltalán az anyagcserében, ám eddig nem jött szóba, hogy valamiféle ősenzim indította volna be a biológiai globális motorját.

„Az első élőlények olyan kémiai rendszerek lehettek, amelyek képesek voltak valahogy létrehozni saját maguk másolatát, miközben felhasználták a közelben elérhető egyszerű molekulákat” – olvasható az ELTE Növényrendszertani, Ökológiai és Elméleti Biológiai Tanszékét vezető Szathmáry Örs és munkatársai által ez év elején a Science-ben publikált tanulmányban. A magyar kutatók jelentős nemzetközi visszhangot kiváltó dolgozata az épphogy életnek titulálható időszak legfőbb kérdésére kereste, és egy frappáns modellel meg is adta a választ. A kérdés az volt, hogy az önmaguk másolására optimalizált molekuláris gépekként leírható, vírusszerű ősorganizmusok miként válhattak hosszú genetikai kódokat átörökíteni képes, összetett működésű sejtekké. A magyar modell a csepszerű önszerveződésben vélte megtalálni a kémiai és a biológiai evolúció közötti átmenet kulcsát.

Krishnamurthy és munkatársai még korábbra mentek vissza, amikor az élet keletkezésének első stádiumát vizsgálták. A biokémia indiai professzora egy általa létrehozott mesterséges enzim, a diamidofoszfát (angol betűszóval: DAP) nyomán vált ismertté, miután továbbfejlesztette a Miller-Urey kísérlet néven jegyzett megoldást, és az ősi Földön megtalálható anyagokból egy enzimtulajdonságokkal rendelkező molekulát kreált a 4 milliárd évvel ezelőtti viszonyokat imitáló laborkörülmények között.

Az 1940-es évek végén Harold Urey, a chicagói egyetem vegyésze csillagászokkal és kozmológusokkal együttműködve meghatározta az őslégkör összetételét. Arra jutott, hogy az kémiailag nagyban hasonlíthatott a világegyetem felépítésére, vagyis 90 százaléknyi hidrogén, 9 százalék hélium alkotta, a maradékon pedig az oxigén, a szén, a nitrogén, a neon, a kén, a szilícium, a vas és az argon osztozott. Ezek közül a hélium, az argon és a neon nem lépnek reakcióba más elemekkel, így kísérletekkel meghatározák, hogy a többiek egymás közötti reakcióiból létrejöhet víz, metán, ammónia és kénhidrogén. 1952-ben Stanley Miller amerikai vegyész folytatta az „alkímiát”, és lombikban a fehérjéket alkotó aminosavakat állított elő – de tovább nem jutott.

A Krishnamurthy vezette csapat most azzal állt elő, hogy a DAP az élet egyik legfontosabb előanyaga (szakszóval: prekurzora) is lehet, hiszen a rövid láncú aminosavakból sejtfalakat létrehozó fehérjéket, valamint a genetikai információt tároló nukleotid-szálakat is generált. Legalábbis a Scripps Research Institute 21. századi vegykonyhájában, ahol a Föld korai állapotát változó pH-értékűen savas vagy lúgos közeggel szimulálták, és a gyakran hónapokig alatt végbemenő kémiai folyamatokat legfeljebb némi magnéziumos, cinkes vagy imidazol katalizátorokkal serkentették. A DAP-nak sikerült, ami a mai enzimeknek nem: foszforilációval nukleotidok, fehérjék, sőt primitív sejtmembrán-struktúrák keletkeztek. Sőt, az ősi öröklésben is kulcsszereplő RNS építőköveit is sikerült így előállítani. Krishnamurthy ennek ellenére nem gondolja, hogy megtalálták az élettelenből élőt teremtő mágikus molekulát. „Mi csupán bizonyítottuk, hogy az egyszerű anyagok a megfelelő körülmények között további kémiai anyagokat eredményezhetnek, ami akár a mai fogalmaink szerinti élethez is vezethet. De ettől még korántsem állítjuk azt, hogy az élet így alakult ki a Földön” – fogalmazott a professzor.

Óvatossága nem túlzó szerénységéből fakad. A DAP-nak ugyanis nem találták nyomát az egyébként sok minden mást felfedező geológusok, akiknek köszönhetően egész pontosan korszakolhatóak az élet kialakulásának és fejlődésének stáció. Bizakodásra ad okot, hogy a földtani múltban zajló tektonikus folyamatok során a Föld magjából feltörő foszfáttartalmú kőzetanyag reagálhatott úgy a légköri ammóniával, hogy annak során DAP-szerű primitív enzim keletkezzen. De az sem kizárt, hogy egy a bolygóba csapodó meteorittal érkezett olyan katalizátor, ahogy azt a kozmikus szervesanyag-importot feltételező pánspermia-teória, illetve az annál megalapozottabb becsapódás-elmélet állítja.

Az utóbbi legújabb verziójával egy hónappal ezelőtt a kanadai McMaster Egyetem és a heidelbergi Max Planck Csillagászati Intézet (MPIA) kutatói egy csillagászati, geológiai, kémiai és biológiai modellen alapuló keletkezéselméletettel rukkoltak elő. Szerintük az élet csak néhány százmillió év alatt alakult ki, miután a Föld felszíne annyira lehűlt, hogy létezhetett rajta folyékony víz. Az élethez szükséges alkotóelemek a Naprendszer keletkezése során az űrben jöttek létre, majd a meteoritok szállították őket a Földre. Ezek a szerves anyagok tették lehetővé az élet kialakulását a bolygón az önreplikálódásra képes ribonukleinsav-molekulák formájában.