Молекула РНК под названием Quite Tiny 45, или QT45, приблизилась к самовоспроизведению, что дает ученым новое ключевое доказательство в пользу гипотезы мира РНК. Эта гипотеза предполагает, что именно молекулы, состоящие из рибонуклеиновых кислот, ответственны за запуск эволюции и всей жизни на Земле. Расшифровка того, как сложные формы жизни сформировались из простых химических строительных блоков, представляет собой сложнейшую задачу, с которой ученые бьются уже много лет. Одним из главных сомнений в отношении гипотезы мира РНК было то, что молекулы РНК, способные к самокопированию и, следовательно, к зарождению жизни, слишком велики и сложны, чтобы возникнуть спонтанно.
QT45, которую детально описали исследователи из Лаборатории молекулярной биологии Совета по медицинским исследованиям в Великобритании, представляет собой так называемую полимеразную рибозим — РНК, которая может действовать как фермент, ускоряя химические реакции и помогая строить молекулы на основе генетических шаблонов. Ученые показали, что эта молекула способна почти вплотную подойти к саморепликации. Она копирует свою комплементарную цепь (зеркальное отображение исходной молекулы РНК), а затем использует эту цепь для создания своей собственной копии в отдельной реакции. Пока это не полноценное самовоспроизведение, но демонстрация двух ключевых шагов этого процесса, каждый из которых выполняется по отдельности. И что особенно важно, это происходит в молекуле, достаточно маленькой и простой, чтобы она могла существовать еще до зарождения самой жизни. Как только генетический материал получает способность копировать себя, может начаться жизнь.
Биохимик Эдоардо Джанни из Лаборатории молекулярной биологии MRC отмечает, что это исследование дает представление о том, как могли выглядеть самые ранние этапы жизни, и углубляет наше понимание фундаментальных молекул, лежащих в основе всех живых систем. Сегодня РНК фактически передает работу по саморепликации белкам. Ранее ученые уже доказывали, что группы молекул РНК могут создавать свои копии, но до сих пор эти молекулы, выращенные в лабораторных условиях, были слишком большими и сложными, чтобы правдоподобно собраться в первобытном бульоне.
Чтобы получить более простую и маленькую QT45, исследователи создали специально сконструированные, экстремально холодные лужицы жидкости. В этих лужицах находился триллион случайных и очень коротких последовательностей РНК. Ученые хотели проверить, сможет ли какая-либо из этих комбинаций проявить способность копировать и сшивать строительные блоки РНК. После нескольких раундов тестирования и доработок возникла QT45. Дальнейшие анализы и эксперименты показали, что в оптимальных условиях эта молекула РНК способна синтезировать саму себя (в течение 72 дней), а также другие шаблоны РНК возрастающей сложности. Эта способность и универсальность выглядят особенно многообещающими для гипотезы мира РНК.
По словам Джанни, определение небольшой РНК делает саму идею о том, что самовоспроизводящаяся РНК возникла спонтанно, гораздо более вероятной, и благодаря своим размерам она сумела скопировать себя целиком вместе со своим шаблоном, в отличие от предыдущих работ, где копировались только небольшие части. Хотя полная саморепликация пока не достигнута, QT45 доказала, что способна выполнить два самых сложных шага. Однако для создания полного цикла, подобного тому, который потребовался бы в природе, исследователям все еще требовались определенные лабораторные уловки.
В следующих планах ученых — увеличить как скорость, так и выход процесса копирования QT45, поскольку в настоящее время требуется относительно много времени для создания относительно небольшого количества материала. Несмотря на имеющиеся трудности, мы теперь значительно ближе к пониманию того, как жизнь могла сформироваться с самого начала и как именно могла реализоваться гипотеза мира РНК. Эти открытия важны и для поиска жизни в других уголках Вселенной. Как только ученые получат полную картину того, что заставило простые химикаты превратиться в жизнь на Земле, они смогут лучше распознавать эту картину на далеких лунах и планетах. Джанни добавляет, что помимо научной значимости, это открытие также имеет значение для оценки того, насколько вероятно спонтанное возникновение жизни и могут ли аналогичные процессы происходить на других планетах.