19 января 2009

Ученым удалось синтезировать РНК-ферменты, воспроизводящие сами себя

Одной из самых главных загадок природы, которая не перестает интересовать человека на протяжении всей истории развития нашей цивилизации, является тайна появления жизни на нашей планете. Количество современных теорий на указанную тему, наверное, не поддается счету, особенно если вспомнить теологические утверждения огромного количества религий и верований. Вместе с тем, как сообщает на своих страницах интернет-портал likar.info, группе американских ученых из исследовательского института Скриппса (Scripps Research Institute), похоже, удалось сделать немалый шаг к раскрытию этой тайны. Впервые в истории науки они смогли синтезировать РНК-ферменты, способные к самостоятельному бесконечному воспроизводству даже в отсутствие каких-либо белков и других составляющих клетки.

Как полагают некоторые научные круги, такие соединения в свое время и стали первым шагом к появлению жизни. Согласно одной из гипотез, известной как «гипотеза мира РНК», РНК были первыми молекулами в истории Земли, которые были наделены даром самостоятельного создания своих собственных копий. Благодаря этим молекулам были заложены основы такого крайне важного свойства живых организмов, как наследственность, ведь именно функции РНК спустя значительное время были переняты ДНК и белками. Как известно, в настоящее время РНК не может выполнять свои задачи отдельно от ДНК, которая выступает в качестве главного носителя наследственной информации любого организма.

Как уже было сказано выше, до последнего момента ученым никак не удавалось получить колонию РНК-ферментов (или как их ещё называют рибозим), катализирующих процесс копирования РНК без помощи каких-либо соединений со стороны. И вот совершенно недавно эту задачу удалось решить Трейси Линкольн (Tracey Lincoln), которая действовала под научным руководством профессора Джеральда Джойса (Gerald Joyce).

В ходе своего исследования эксперты использовали так называемый метод принудительной адаптации. Говоря другими словами, ученые взяли созданный ранее рибозим, проявляющий способности к репликации, после чего улучшили его, обеспечив его способностью к эффективному и непрерывному самовоспроизводству. Правда, для этого Линкольн пришлось провести в лаборатории немалое количество дней, синтезируя огромное количество РНК-ферментов, из которых потом и были выбраны наиболее многообещающие образцы. После этого в пробирках было проведено тестирование отобранного материала, из которого удалось выделить соединения, обладающие наиболее эффективной способностью к воспроизводству.

Если рассмотреть полученный учеными образец, то он представляет собой пару ферментов, каждый из которых, в свою очередь, состоит из двух элементов. Оба рибозима являются ни чем иным, как катализаторами, осуществляющими сборку своего «соседа». Что же касается их воспроизводства, то оно происходит в виде циклического процесса кроссрепликации, или, говоря другими словами, в виде перекрёстной, взаимной репликации. Сам процесс происходит следующим образом: первый рибозим связывает обе части второго и таким образом создает его новую копию, в то время как второй рибозим проделывает с ним точно такую же операцию. Для того чтобы этот процесс стартовал, необходимо небольшое количество двух РНК-ферментов и постоянно пополняющийся запас их составляющих частей.

На второй стадии эксперимента биологи смешали в одной среде 12 пар успешных рибозимов, предоставив им возможность «побороться за место под солнцем». Как показали результаты эксперимента, некоторые из ферментов в процессе воспроизводства совершали ошибки, прикрепляя другие составляющие рибозимов, выхватывая из массы чужие элементы. Однако полученные в результате этих «ошибок» «неправильные» рибозимы все равно продолжали успешно плодиться, причем, в конце концов, некоторые из них даже начинали доминировать в пробирке. Исследователи не исключают вероятности того, что перед их глазами развернулись процессы, приведшие в итоге к появлению жизни на нашей планете. По словам Линкольн, полученные ею структуры «нельзя назвать формой жизни», но при этом они «обладают свойствами живых организмов, и это очень интересно».

Как отмечают авторы этой интереснейшей работы, использованные ими элементы рибозимов отличаются достаточно сложной структурой, включая в себя множество нуклеотидов, и вряд ли могли присутствовать в первобытных водоёмах. По мнению американских биологов, зарождающаяся жизнь была вынуждены оперировать более простыми составляющими, но, тем не менее, полученные ими данные нужно рассматривать в качестве серьезного подтверждения справедливости гипотезы РНК-мира.

На данный момент ученые ничего не сообщают о потенциальных возможностях практического применения обнаруженных РНК-ферментов, но следует ожидать, что это открытие будет выступать в качестве основы для целого ряда будущих работ в данной области.

Далее по теме: