вчені змогли створити рибонуклеїнової кислоту (РНК), здатну створювати свою власну копію

Нещодавно вчені змогли створити рибонуклеїнової кислоту (РНК), здатну створювати свою власну копію. До цього ніколи раніше цим молекулам не вдавалося налагодити своє власне відтворення. Це відкриття є першим експериментальним доказом вельми популярної теорії про походження життя, що отримала назву "світ РНК".

Фото: AP

Зі шкільного курсу біології ми пам'ятаємо, що більшість найважливіших процесів організму регулюється білками. Ці білки виробляються самими клітинами в тій кількості, яка необхідна в конкретний момент часу (до речі, білки "ззовні" організм взагалі не використовує). Інформація про те, як яке повинно бути будова кожного білка записано у вигляді послідовності азотистих основ (нуклеотидів) у певних ділянках молекули дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК), що зберігається в ядрі клітини. Саме ці ділянки неспеціалісти називають генами (хоча це не зовсім так, у гена, крім інформативної частини, є ще і "службова", що не несе інформації про будову білка). Прочитати ж цю інформацію, а тим більше, створити на її основі білок, вельми непросто.

ДНК зазвичай перебуває в формі подвійної закрученої спіралі, але саме в такому стані з неї нічого прочитати не можна. Тому перед зчитуванням спеціальні білки розплітає її (приблизно так само, як перукар з допомогою щипців розплітає кучеряве волосся), після чого інші білки знімають з гена копію. Але ця копія існує не у вигляді ДНК, а вигляді одноцепочечной молекули РНК, послідовність нуклеотидів якої повністю повторює таку в гені.

Читайте також: Біологи створили "молекулярні протези" ферментів

Далі, після деяких модифікацій РНК-овий "креслення білка" вирушає в "складальний цех" - спеціальні клітинні органели, звані рибосомами. Вони розташовані не в ядрі, а за його межами, в цитоплазмі. В рибосомах цей "креслення" відразу ж пускають у виробництво - на основі повідомленої інформації, укладений в послідовності нуклеотидів починається синтез білка з амінокислот (як ми пам'ятаємо, кожній амінокислоті відповідає кодон - група з трьох нуклеотидів). Як тільки синтез білка закінчується, "креслення" відразу ж знищується, тобто розрізається спеціальними білками на окремі нуклеотиди, які потім переправляють назад в ядро. При потребі потім з них зберуть нову РНК.

Фото: AP

Отже, білок відповідає за регуляцію всіх процесів, а ДНК зберігає інформацію про їх будову. При цьому, як ви розумієте, одна речовина без іншого не може - якщо немає ДНК, як клітина дізнається про те, як збирати білки, а якщо немає білка, то спадкову інформацію неможливо буде прочитати. У зв'язку з цим ті, хто займається проблемою походження життя, постійно задавали собі один і той же питання - що ж в процесі еволюції з'явилося раніше, білок або ДНК?

Це питання, аналогічний проблеми курки і яйця, довгий час взагалі не мав навіть теоретичного відповіді. Більш того, всі експерименти показали, що самосборка білка без участі ДНК (і РНК) практично неможлива. Точно також не відбувається мимовільний синтез ДНК без участі специфічних білків. Тому припущення про те, що білок і ДНК з'явилися незалежно, а потім раптом зустрілися, подружилися і стали разом працювати, на жаль, абсолютно неправдоподібно.

Однак останнім часом багато вчених вважають, що на початку, коли в примітивних організмах ще не було ні ДНК, ні білків, їх функції виконувала молекула РНК. Вона була і хранителем інформації, і регулятором всіх важливих процесів. При цьому вона могла сама себе копіювати для того, що б спадкова інформація передавалася нащадкам. Дана гіпотеза отримала назву "світу РНК".

Що й казати, гіпотеза досить гарна, однак чи є у неї якісь докази? Що стосується каталітичної активності РНК, то про неї було відомо досить давно. Такі регуляторні РНК називають рибозимами. Хоча вони досить рідко зустрічаються в клітинах, тим не менше, ці активні РНК дуже важливі для існування останніх. Наприклад, активна частина рибосоми, в якій збирається білок з амінокислот, є рибозімом. Саме він здійснює зшивання окремих амінокислот в білковий ланцюжок.

Однак чи може такий Рибозим каталізувати збірку своєї власної копії самостійно речовин? Довгий час вчені намагалися створити таку РНК штучно. Результати, як правило, були не дуже-то обнадійливі - довгий час ці молекулярні "Франкенштейни" могли відтворити лише послідовність з 14 нуклеотидів (а адже найменша РНК вірусів містить їх кілька сотень). Крім того, ці рибозими виявилися вельми примхливими - вони копіювали далеко не всі власні послідовності, а лише ті, які їм з якихось причин подобалися більше.

І ось недавно Філіп Голігер з Кембриджського університету (Велика Британія) вирішив поліпшити подібну РНК. Він і колеги перевірили тисячі варіантів різних рибозимов на здатність до тривалого копіювання, потім відібрали кілька найефективніших варіантів і створили з них "суперрібозім", який назвали tC19Z. Після чого нова речовина було піддано випробуванню, в результаті якого йому було запропоновано створити свою власну копію.

В результаті рібозімамі вдалося відтворити послідовність РНК, що складається з 95 нуклеотидів. Незважаючи на те, що якісь послідовності він копіював краще, якісь - гірше, в цілому tC19Z був куди менш "вибагливим", ніж його попередники. Але що більш важливо - довжина копійованих рибозімом шматків складають майже половину його власної довжини.

Фото: AP

Отже, вперше була отримана молекула РНК, що володіє каталітичної активністю, яка змогла досить точно скопіювати саму себе приблизно наполовину. Правда, для того, що б остаточно довести справедливість теорії "світу РНК", то потрібно отримати фермент, здатний відтворити себе повністю. Однак, судячи з усього, подібне вже не за горами. А поки ж сам факт того, що можна отримати молекулу РНК хоча б з половиною необхідної потужності, робить РНК-теорію про виникнення життя на Землі все більш достовірною.

Відповідно до цієї теорії, перші РНК з'явилися в результаті самозборки (подібне, як показують експерименти, цілком можливо в безкисневих умовах), і були дуже короткими. Вони, володіючи каталітичної активністю, виконували функції регуляторів всіх процесів в первинних організмах, і, зберігаючи інформацію про своїй будові, могли створювати свої власні копії, що передавалися нащадкам. Поступово РНК ставали довшими, і, в якийсь момент змогли синтезувати більш досконалі і універсальні регулятори - білки. Після чого поступилися їм частину своїх обов'язків, залишивши собі лише почесне право зберігати спадкову інформацію (у деяких сучасних вірусів РНК досі займається саме цим).

Читайте також: Штучна клітина - успіх або загроза людству?

Далі, можливо в результаті помилок при копіюванні в деяких нащадків РНК одні речовини виявилися замінені на інші (цукор рибоза - на дезоксирибози, азотистих основ урацил - на схожий на нього тимін). В результаті з'явилося ДНК, яка, завдяки своїй здатності утворювати подвійну спіраль, виявилося кращим зберігачам спадкової інформації (вона більш стійка до мутацій, ніж одноцепочечная РНК). Так РНК розпрощалася зі своєю другою вихідною функцією, і, зрадивши новій речовині всі турботи про зберігання спадкової інформації, збереглася лише як посередник між ДНК і білком. У цій ролі вона перебуває і до цього дня у всіх живих клітинах ...

Читайте найцікавіше в рубриці "Наука і техніка"