Как появилась жизнь? Этот вопрос веками будоражит ученых. В новом исследовании лаборатории профессора Дитера Брауна из LMU обнаружили неожиданное взаимодействие между базовыми «кирпичиками» жизни.

Оказалось, аминокислоты — простые и распространенные молекулы на ранней Земле — могут ускорять образование РНК в условиях, похожих на те, что были миллиарды лет назад. Это ставит под сомнение классическую гипотезу «мира РНК» и намекает, что жизнь могла зародиться в результате сотрудничества двух типов молекул — РНК и аминокислот.

Результаты опубликованы в издании Nature Communications.

Живые организмы зависят от сложных биополимеров. РНК хранит инструкции для создания белков, а белки управляют химическими реакциями в клетках.

Современная жизнь — это совместная работа двух полимеров, РНК и белков. Но как они начали взаимодействовать до того, как включился дарвиновский отбор? — задается вопросом Браун.

Мир РНК: конец эпохи

Эксперименты показали, что аминокислоты ускоряют формирование РНК в 100 раз. Механизм прост: аминогруппа в их составе работает как катализатор.

В щелочной среде аминокислоты перебрасывают протоны, помогая соединяться нуклеотидам — так из «строительных блоков» собираются цепочки РНК.

Теперь мы понимаем, как аминокислоты могли помогать РНК формироваться, а не только наоборот. Это взаимовыгодное партнерство меняет наши представления о зарождении жизни, — объясняет Шарош Раут, ведущий автор работы.

Важно, что реакция идет при комнатной температуре, в слабощелочной среде и без высоких концентраций солей — такие условия идеальны для стабильности и репликации РНК.

Щелочь — колыбель жизни

Тот же уровень pH, который ускоряет сборку РНК, помогает ей копироваться: короткие цепочки РНК «диктуют» последовательность новых молекул. Так возникают самовоспроизводящиеся системы — основа для естественного отбора.

Ученые подчеркивают, что щелочные условия, характерные, например, для вулканических островов, раньше недооценивали.

Наше исследование пересматривает гипотезу мира РНК, — говорит Браун. — Теперь ясно, что аминокислоты и РНК могли сотрудничать с самого начала. Это приближает нас к воссозданию первых шагов жизни в пробирке.

Этот прорыв помогает понять, как могла возникнуть жизнь без участия сложных ферментов. Практическое применение:

• Синтетическая биология — упрощение создания искусственных РНК-белковых систем.
• Медицина — новые подходы к терапии на основе РНК, так как открыт механизм ее стабилизации в мягких условиях.
• Астробиология — поиск жизни на других планетах теперь можно вести, ориентируясь на щелочные среды.

Исследование не объясняет, как именно РНК и аминокислоты «договорились» о совместной работе. Катализ — лишь первый шаг. Где гарантия, что в хаотичной среде ранней Земли эти процессы привели к чему-то большему?

Ранее ученые расширили геенетический алфавит для создания новых белков.