Az első fehérjék különleges RNS-molekulákon jöhettek létre közel 4 milliárd éve – derül ki egy új kutatásból, ami fontos előrelépést jelent az élet kialakulásának megértéséhez.

A szakemberek többsége szerint az élet hajnalán az RNS egyszerre volt képes örökítőanyagként viselkedni és kémiai reakciókat lebonyolítani. Csak ezután alakult ki a földi élet alapjául szolgáló molekuláris feladatmegosztás, amelyben a nukleinsavak, mint a DNS (dezoxiribonukleinsav) és az RNS (ribonukleinsav) alapvetően információt tárolnak, míg az általuk kódolt fehérjék elsősorban reakciókat katalizálnak.

Ma minden ismert sejtes létformánál két alapvető folyamat kell a fehérjék létrejöttéhez, és ezek eredete legalább az összes földi élőlény utolsó közös őséig (Last Universal Common Ancestor, LUCA) nyúlik vissza. Elsőként a DNS által kódolt genetikai információ RNS-sé való átírása történik meg – ez az úgynevezett transzkripció. Ezután megy végbe a létrejött hírvivő RNS (mRNS) nagy, RNS-ekből és fehérjékből álló molekuláris gépezetek, riboszómák segítségével történő lefordítása a fehérjéket felépítő aminosavláncokká – ezt nevezik transzlációnak.

A múlt héten a Nature-ben Felix Müller, a müncheni Ludwig-Maximilians Egyetem kémikusa és kollégái által közölt eredmények ezt az RNS-világból a jelenlegi élet felé vezető kritikus átmenetet világítják meg. Mindezt olyan kísérletek segítségével teszik, amelyekben RNS-molekulákon egyszerű fehérjéket állítottak elő. Ezekhez a szokásostól kissé eltérő építőkövekből létrejövő RNS-eket használtak, amelyek most is számos életfolyamat részei, és a földi élet keletkezésénél is jelen lehettek.

Bár a DNS és az RNS általában négy szokványos alegységből vagy nukleotidból épül fel, melyek adenin, guanin, citozin, illetve a DNS-nél timin, az RNS-nél pedig uracil bázisokat tartalmaznak. De vannak ezeknek kémiailag kissé módosult, sejtjeinkben gyakran előforduló verziói, amelyek a fehérjeszintézishez kulcsfontosságú transzfer RNS-ben (tRNS) és riboszómális RNS-ben vannak jelen, és a kutatók szerint az RNS-világ molekuláris maradványai lehetnek.

A Müller és kollégái által ilyen speciális alegységeket tartalmazó RNS-ekkel több lépésben végrehajtott kísérletek során komplex, fehérjékkel díszített „kiméra RNS- molekulák” jöttek létre. A kísérleteket olyan, változóan nedvesebb és szárazabb körülmények között végezték, amelyek jellemzőek lehettek az ősi Földön, illetve a Marson is. Amikor úgynevezett 2'-OMe nukleotidokkal stabilizálták az RNS-molekulákat, elég hatékonyan sikerült 9 aminosavból álló peptideket előállítaniuk, bizonyítva, hogy a peptidek képesek RNS-eken aminosavak egymásra épülésével növekedni. Emellett azt találták, hogy kísérleti rendszerük preferáltan bizonyos típusú peptideket hoz létre, illetve egy RNS-en egyszerre több peptid is keletkezhet.

Claudia Bonfio, az eredményeket a Nature-ben kommentáló biokémikus szerint a kutatás fontos korlátja, hogy Müllerék kémiai rendszere nem képes RNS-szekvenciák leolvasására és azok által kódolt peptidek gyártására, ahogy az a mai fehérjeszintézis során történik. A kutató azonban ennek ellenére úgy látja, hogy a mechanizmus ilyen szempontból is ígéretes, mivel létrejötte megnyithatta az RNS-dekódolás kialakulásához szükséges evolúciós utat.

Müller és munkatársai szerint a kezdetleges fehérjeszintézis hatékonysága kémiai evolúcióval javítható, és mivel a létrejött molekulák viszonylag stabilak, a folyamat idővel komplexebb RNS-peptid-struktúráknak ágyazhat meg. Ez szerintük egy szimplán RNS-világ helyett inkább egy ősi RNS-fehérje-világ létére utalhat, amelyből lépésről lépésre kialakulhatott a mai, riboszómákra támaszkodó fehérjeszintézis. Úgy vélik, ez felveti annak lehetőségét, hogy a kémiai kötésekkel összekapcsolt RNS-ek és peptidek az élet kezdetén közös evolúción estek át, és a következő több milliárd évre megalapozták a nukleinsavakon és fehérjéken alapuló földi életet.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten:

Ha az élet keletkezéséről van szó, a legkreatívabb fantázia sem tud versenyre kelni több százmillió év kémiai kísérleteivel

Vajna Tamás tudomány 2020. szeptember 21.

Az evolúciós átmenetek néven ismertté vált elméletet továbbfejlesztő budapesti iskola tagjai az elmúlt három évtized hazai eredményeit foglalták össze a Nature Reviews Chemistry-ben megjelent cikkükben. A tanulmány társszerzőjét, Szilágyi András biofizikust kérdeztük az élet eredetét firtató kutatásokról.

Videóajánló: A brit kémikus, akinek elmélete segíthet az élet eredetének megfejtésében

Tóth András tudomány 2022. március 19.

Lee Cronin, a Glasgow-i Egyetem professzora szerint az élet eredetének megértéséhez nem a múltban kell kutatkodni, hanem ki kell találni, hogyan tudjuk az életet azonosítani. Mivel az élet alapja az evolúció, ezért már csak az a kérdés, hogyan tudjuk megmondani egy molekuláról vagy objektumról, hogy azt evolúció hozta létre.

Már a Föld születésétől kezdve érkeztek bolygónkra az élethez nélkülözhetetlen anyagok a külső Naprendszerből

Tóth András tudomány 2021. december 15.

Kutatók a földköpeny mélyéről származó mintákban lévő kriptont vizsgálták, amely fényt derített bolygónk formálódásának körülményeire. Kiderült, hogy az élethez szükséges anyagokat részben a külső Naprendszerből származó por és jeges bolygókezdemények juttathatták a Földre.