Белковая форма жизни: Белковая форма жизни |

Содержание

Жизнь на спутнике Сатурна: возможна или нет и почему

09 октября 2022, 18:08

Астроном Константиновская: белковую форму жизни стоит искать на спутниках дальних планет

РИА «Новости»

Читать 360tv в

Живой спутник

Исследователи под руководством геохимика из Китайского университета Хао Цзихуа предположили, что в океане Энцелада есть растворенный фосфор — элемент, нужный для биологической жизни, компонент костей и ДНК человека и животных. Об этом написало агентство «Синьхуа». А еще раньше ученые нашли на этом спутнике кислород, водород, азот и серу, также важные для возникновения жизни. Энцелад считали необитаемым именно из-за отсутствия фосфора. Помимо этого, выяснилось, что океанская вода на Энцеладе сильно щелочная и без кислорода, по составу немного близка к нашей газированной.

Элементарная белковая форма с большей вероятностью находится как раз на спутниках дальних планет, рассказала «360» астроном, кандидат геолого-минералогических наук, академик Международной академии исследований будущего Людмила Константиновская. Она уточнила, что белковая форма жизни, в которой находится человек, возможна и «не в образе человека».

Дальние планеты называются так потому, что расположены далеко от солнца и получают очень мало света, поэтому сами должны обогревать свои спутники. Эти планеты имеют мощное собственное излучение. Соответственно, на их спутниках может быть «состояние как на земле»: давление, влажность, температура и так далее, на многих есть вода, пояснила астроном.

Я бы предпочла, чтобы ученые обратили внимание не на Венеру и Марс, где они хотят посеять новую жизнь, а именно на спутники дальних планет — Урана, Сатурна, потому что вот там может развиваться белковая форма. Другое дело, что она, скорее всего, не имеет такой этап развития, как на Земле сейчас. Но какие-то элементарные формы жизни там должны быть

Людмила Константиновская

астроном, академик Международной академии исследований будущего

Когда полетим на другие планеты?

Что касается жизни на Марсе, пока биологи в основном отрицают ее наличие. Тем не менее в свете экологических проблем на Земле в последние годы все чаще приходится слышать о том, что когда-нибудь человечество может переселиться на Марс. В ближайшее время «переехать» невозможно из-за сильной радиации, но теоретически в будущем могут создать специальные толстые алюминиевые кабины для защиты от облучения, ранее рассказывал «360» заведующий отделом исследований Луны и планет института имени Штернберга МГУ Владислав Шевченко. Притом он констатировал, что исследования Марса, как и разговоры о жизни на нем, не прекращаются.

По мнению Константиновской, жизнь там «если и есть, то в глубине и совсем примитивная, нет смысла ее искать». В любом случае существовать мы там не сможем, как и на всех других планетах.

freepik

«Когда планеты отодвигаются от Солнца, у них меняются все показатели: и влажность, и температура, и магнитная составляющая, поэтому там не может быть такой жизни, как на Земле. На Земле, а это третья орбита от солнца, возможно белковая форма жизни. На всех планетах — я не говорю о спутниках — другие показатели. Например, на Плутоне корка льда в несколько километров, там жизни просто не может быть — холодно», — пояснила кандидат геолого-минералогических наук.

Она насмешливо отозвалась о планах переселиться на условный Марс, «нагадив на Земле», и восприятии людей как «избранников Вселенной», которые могут подстраивать космос под себя.

«Мы считаем, что белковая форма — самая главная форма в космосе, а это неверно. Никак не поймут, что на дальних планетах может существовать некая другая форма жизни, которая просто не позволит нам гадить на их планете. Людей просто не пустят», — пояснила она.

Видимо, придется решать проблемы на Земле.

Авторы:

Людмила Городничева

Оксана Кириллова

Космические спутники

Космос

Белковая наследственность — новая глава генетики

• На рубеже второго и третьего тысячелетий открыта особая форма наследственности • Так называемые прионные белки способны передавать информацию о своей пространственной форме от одного белка к другому без участия ДНК • Открытие белковой наследственности дает надежду на исцеление от неизлечимых сегодня болезней.

Наука и жизнь // Иллюстрации

‹

›

Открыть в полном размере

Генетика, начало которой было положено еще в прошлом веке опытами Менделя, для большинства из нас до сих пор является молодой наукой. В России такой взгляд исторически оправдан: долгое время генетика в Советском Союзе считалась «буржуазной лженаукой». Возможно, именно драматизм истории генетики в нашей стране обусловливает непреходящий интерес к ней. На памяти старшего поколения — разгул лысенковщины. Закрывались лаборатории, выдающиеся исследователи оказывались в лагерях. Погиб в тюрьме наш крупнейший ученый, генетик с мировым именем Н. И. Вавилов. А в это время в Европе и США новая наука стремительно развивалась. Западные ученые делали ошеломляющие открытия в изучении механизма наследственности. И хотя наука не имеет национальности и по сути своей должна быть общечеловеческой, все же обидно, что в истории генетики последних десятилетий встречается так мало русских имен.

Сегодня отечественная наука снова переживает не лучшие времена. Запрещенных теорий теперь, правда, нет, но и заниматься исследованиями становится все сложнее: нет денег, нет необходимого оборудования. Почти все открытия совершаются в соавторстве с зарубежными учеными, предоставляющими свои лаборатории нашим исследователям. Угнаться за Западом отечественным ученым почти невозможно: даже по количеству исследовательских центров мы сильно уступаем Европе и Америке. А ведь в истории остается тот, кто совершил открытие первым.

И все же российским ученым удается идти в ногу со своими иностранными коллегами, а иногда и опережать их. Доказательством может служить история того, как была открыта особая форма наследственности — прорыв, ставший новым словом в фундаментальной генетике.

ПРИОННЫЕ БЕЛКИ

Как и многие другие серьезные открытия, обнаружение белковой наследственности было подготовлено несколькими разнонаправленными сериями исследований. Интересно, что ни один из коллективов ученых, совместными усилиями которых было сделано открытие, первоначально не ставил целью изучать механизм наследственности.

Пожалуй, начать стоит с исследований американского биохимика Стэнли Прузинера. Именно он обнаружил новый тип инфекции — прионную, за что получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1997 году. Вероятно, читатели помнят скандал, разразившийся вокруг эпидемии коровьего бешенства в Англии. Белковые возбудители этой болезни (а также некоторых других смертельных болезней человека и животных — болезни Крейтцфельда—Якоба у человека, скрейпи у овец), поражающие нервную систему, мозг, и были названы прионами.

Стэнли Прузинер обнаружил, что абсолютно одинаковые по химическому составу прионные белки могут находиться в двух разных пространственных формах. Разница между такими белками отчасти напоминает разницу между сырым и вареным белком обыкновенного куриного яйца. Если белок находится в «нормальной» форме, он хорошо растворяется и выполняет в организме свойственную ему функцию. Напротив, белок, находящийся в «аномальной» пространственной форме, образует нерастворимые агрегаты, слипается. Но самым важным — и уникальным — свойством прионов является следующее: белок, находящийся в «аномальной» форме, столкнувшись с «нормальным» белком, переводит его в свою, «аномальную», форму. Это и является сутью прионного типа инфекции: «больной» белок заражает «здоровый», который начинает слипаться и, накапливаясь, заполняет клетки мозга, препятствуя их работе. Причины изначального появления в организме белка в «аномальной» форме пока не установлены. Обе формы белка кодируются одним геном, поэтому вполне вероятно, что на образование «аномальной» формы могут влиять внешние воздействия (например, есть гипотеза, что к появлению «аномального» приона в организме может привести высокая температура, перенесенная человеком).

ДРОЖЖИ: ОТ ПРИОННОЙ ИНФЕКЦИИ К БЕЛКОВОЙ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ

В рассказе об открытии белковой наследственности придется сделать небольшое отступление, вернее, начать рассказ заново, уже с другой точки. Возможно, это покажется нелогичным, но ведь именно так движется наука: каждый ученый идет своим путем, каждое открытие включает труд многих исследователей.

Обнаружение прионного типа инфекции стало первым шагом к открытию нового типа передачи наследственной информации.

Второе направление, подготовившее его, было связано с дрожжами. Дрожжи — один из самых удобных объектов молекулярной генетики и молекулярной биологии. Во-первых, это связано с тем, что популяция дрожжей включает огромное количество одноклеточных микроорганизмов, поэтому можно регистрировать очень редкие явления, происходящие в одном случае из миллионов. Во-вторых, дрожжи хорошо изучены: известны структуры всех генов дрожжей. В-третьих, дрожжи в генетическом плане устроены практически так же, как человек.

Почти все белки, которые есть у человека, есть и у дрожжей, более того, часто эти белки взаимозаменяемы. И, наконец, дрожжи быстро размножаются, поэтому опыты не требуют длительного времени. Один из основателей школы генетики дрожжей в бывшем Советском Союзе — Сергей Георгиевич Инге-Вечтомов. Сейчас в России дрожжами занимаются несколько групп ученых, среди них — лаборатория его ученика, профессора Михаила Давидовича Тер-Аванесяна в московском Кардиологическом научном центре.

Еще в 1964 году С. Г. Инге-Вечтомов обнаружил у дрожжей ген SUP35. Примерно в это же время британский исследователь Брайан Кокс нашел у дрожжей наследуемый признак, обладающий рядом уникальных свойств, трудно объяснимых с точки зрения обычных представлений о генетических явлениях. Позже в лаборатории Инге-Вечтомова были получены свидетельства того, что существование этого признака зависит от гена SUP35. Одновременно с исследованиями Инге-Вечтомова такие же результаты были получены в лабораториях Тер-Аванесяна и Кокса. Все данные свидетельствовали о том, что белок Sup35 может каким-то образом отвечать за проявление и наследование этого признака, причем это его свойство не связано с мутациями (структурными изменениями) в гене SUP35.

Обнаруженное явление оставалось необъяснимым до последнего времени, когда широкий интерес к прионам навел исследователей на мысль о сходстве белка Sup35 с прионами млекопитающих. Такое сходство предполагало, что белок Sup35 может иметь разную пространственную укладку, причем, находясь в прионной («аномальной») форме, белок может «наводить» такую форму на молекулы этого же белка, находящиеся в «нормальном» состоянии. Такую аналогию провел американский ученый Рид Викнер, выдвинув гипотезу, что дрожжи могут синтезировать белки, проявляющие прионные свойства. Правда, Прузинер применительно к прионам говорил об «инфекции», но ведь никто не наблюдал передачи вещества от одной клетки к другой через межклеточное пространство (а именно в этом заключается суть инфекции). Викнер предположил, что и в том, и в другом случае мы имеем дело с одним и тем же явлением, а именно с прямой передачей информации от белка к белку.

Чтобы оценить смелость гипотезы, надо вспомнить: вся современная генетика основывается на том, что наследственная информация передается через молекулы ДНК, которые могут удваиваться и передаваться потомству. Белки же синтезируются на основе информации, заложенной в ДНК. Цепочка передачи информации выглядит так: ДНК®РНК—>белок. В свое время сенсацией явилось открытие так называемой «обратной связи»: оказалось, что информация может передаваться из РНК в ДНК. Но то, что информация, передаваемая по наследству, не может быть заложена в белках, никогда не подвергалось сомнению (если не считать теории Лысенко, научные взгляды которого, по оценкам современных ученых, были близки средневековым). Теперь же получалось, что признак может наследоваться без участия ДНК.

За исследование прионоподобных свойств дрожжевых белков взялись две лаборатории: группа американских ученых во главе с профессором Сьюзен Линдквист и лаборатория М. Д. Тер-Аванесяна. Позже к ним присоединились и другие. У американцев было лучшее оборудование, кроме того, они использовали в своей работе материалы, полученные нашими учеными. Но в данном случае сыграло роль то, что у наших генетиков были большие наработки по этой теме.

Статья М. Д. Тер-Аванесяна и его сотрудников появилась в июле 1996 года в журнале Европейской организации молекулярной биологии (EMBO Journal). В ней было показано, что белок Sup35 может образовывать агрегаты, подобные тем, которые создают прионы в «аномальной» форме. Уже в следующем месяце аналогичные результаты, полученные лабораторией Линдквист, были опубликованы в журнале «Science». Теперь нужно было доказать, что информация о пространственной форме передается напрямую от белка к белку.

И вот в 1997 году группа Тер-Аванесяна нашла такое доказательство. Опыт был поставлен в среде без ДНК. К Sup35 добавляли некоторое количество белка, находящегося в «аномальной» пространственной форме. Через некоторое время весь белок оказывался в «аномальной» конформации. Этот белок снова добавляли к «нормальному», и он опять переводил его в «аномальную» форму. Так повторялось много раз, пока доля исходного «аномального» белка не оказалась совершенно ничтожной, так что стало ясно: «аномальный» белок, образованный из «нормального», способен передавать свою пространственную форму другому, «нормальному», белку. Итак, был открыт новый механизм передачи наследственной информации — белковая наследственность.

Sup35. ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ

Как ни странно, белок Sup35, на котором была открыта белковая наследственность, был для генетиков чем-то вроде «белого пятна» в науке. Ученые ничего не могли сказать о его функциях: зачем он нужен в организме? Но, вероятно, это был как раз тот случай, когда, как говорят, «идея носилась в воздухе». И вот, в то время как генетики занимались Sup35 с точки зрения его прионоподобных свойств, молекулярные биологи неожиданно пришли к разгадке его функций.

Когда девять лет назад началась эта история, никто из исследователей не мог предположить, что их работа приведет именно к выявлению функций белка Sup35. В то время Лев Львович Киселев и его коллеги из Института молекулярной биологии Российской академии наук занимались биосинтезом белков. В 1990 году известный американский ученый Т. Каски опубликовал статью, в которой описал белок, участвующий, по его мнению, в окончании процесса синтеза сложного вещества, состоящего из нескольких аминокислот, — полипептидной цепи. Однако этот белок был практически тождествен тому, структуру которого расшифровали наши ученые, но который, согласно нашим данным, участвовал не в окончании, а в начале указанного процесса. Не есть ли это противоречие здравому смыслу: два очень похожих
белка не могут выполнять совершенно разные функции. Напрашивался вывод: Каски ошибся, его белок не заканчивал синтез, а участвовал в его начале. В 1993 году Л. Л. Киселев и его коллеги опровергают работу Каски, и уже в следующем году сам Каски подтверждает, что его выводы были ошибочны.

Какой же белок в таком случае завершает синтез? Теперь его поисками занялись уже российские ученые. И вот в 1994 году (как раз в то время, когда Рид Викнер выдвинул гипотезу о прионоподобных свойствах Sup35) наши исследователи опубликовали в журнале «Nature» структуру такого белка. Его назвали eRF1. Этот белок оказался весьма консервативным по структуре: у человека, лягушки и дрожжей его аминокислотная последовательность очень похожа (дрожжевой белок имеет свое имя — Sup45). Как только это выяснилось, стало очевидно, что другой дрожжевой белок, о котором уже шла речь, —Sup35 (дрожжевой прион) тоже может быть вовлечен в завершение синтеза полипептидной цепи. Действительно, годом позже (в 1995 году) группы Киселева и Инге-Вечтомова совместно с группой М. Филиппа из Реннского университета (Франция) открыли новую группу белков, получивших название eRF3. Среди них был и белок Sup35. Стало ясно, что Sup35 — один из двух белков, определяющих окончание белкового синтеза у клеточных организмов. Чуть позже группа Киселева доказала, что белки eRF3/Sup35 обладают ферментативной активностью: расщепляют одно из ключевых соединений клетки — гуазинтрифосфат (ГТФ). Открытие ферментативной активности дрожжевого приона Sup35 имеет большое значение, так как позволяет использовать биохимические методы для анализа прионных превращений, что ранее было невозможно.

БЕЛКОВАЯ НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ: ЗНАЧЕНИЕ ОТКРЫТИЯ

Итак, на примере дрожжевого белка открыт новый принцип наследственной передачи признаков. «Белковая наследственность» — так назвали ученые свойство прионоподобных белков передавать информацию о своей пространственной форме без участия ДНК. Насколько широко распространено это явление? Прионоподобные белки уже обнаружены у некоторых грибов, возможно, в скором времени они будут найдены и у других организмов. Исследования на эту тему ведутся сейчас очень интенсивно. Пока даже сами ученые остерегаются делать прогнозы.

«Важно, что здесь мы имеем дело с передачей информации иного типа по сравнению с той, что передается через гены, а именно с передачей структурной, трехмерной информации, — говорит М. Д. Тер-Аванесян. — Это совершенно новый принцип, и это чрезвычайно важно для науки». Есть теория, что прионоподобные белки участвуют в формировании долговременной памяти человека. Если это действительно так, то белковая наследственность, возможно, связана с важнейшей функцией мозга.

Разумеется, открытие белковой наследственности ни в коей мере не означает пересмотра теории передачи наследственной информации через нуклеиновые кислоты. Это — дополнение к ней, новая глава классической генетики. Однако не исключено, что многие явления будут переосмыслены. Наука «прошла мимо» прионоподобных белков. Ученые не исключают, что таких белков много, и в таком случае белковый механизм наследственности может иметь немаловажное значение в жизни многих организмов.

Возможно, белковая наследственность играла значительную роль и в биологической эволюции, по крайней мере в эволюции одноклеточных организмов, размножающихся путем деления. Ведь благодаря постоянному делению в популяции в результате механизма прионной наследственности может возобладать одна из форм прионоподобного белка. Пока неясно функциональное назначение той или иной формы, но в природе нет ничего лишнего — следовательно, этот механизм для чего-то нужен. В случае дрожжей он, вероятно, служит целям адаптации.

Для медицины открытие белковой наследственности означает перспективу лечения болезней, вызываемых прионными и прионоподобными белками. Что касается собственно прионных заболеваний, то они мало распространены среди людей (приблизительно один случай на миллион в год). Но у животных они нередки, а в связи с их инфекционностью опасность заражения человека очень велика — именно это обусловило ажиотаж вокруг эпидемии коровьего бешенства в Англии. Кроме того, есть еще ряд заболеваний — гораздо более распространенных, — которые также связаны с белками, способными образовывать агрегаты. Например, болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, болезнь Хангтингтона. Возможно, они также передаются с помощью механизма белковой наследственности. Уже открыт способ «лечения» дрожжей от прионных заболеваний, а значит, появилась модель создания лекарств для человека.

ученых, возможно, открыли форму самых первых белков, которые положили начало жизни: ScienceAlert

(Викас Нанда/Университет Рутгерса)

Форма самых ранних строительных блоков жизни, датируемых 3,5 миллиардами лет назад, возможно, была идентифицирована благодаря новой попытке представить молекулярную структуру самых первых белков планеты.

Используя компьютерное моделирование для имитации конфигурации древних молекул, которых больше не существует на Земле, ученые проследили контур того, что, по их утверждениям, может быть общим предком современных семейств ферментов, которые позволяют жизни процветать, катализируя реакции переноса электрона.

«Жизнь на Земле электрическая», — объясняют исследователи из Университета Рутгерса на веб-сайте ENIGMA, лаборатории, посвященной изучению эволюции наномашин в геосферах и микробных предков.

«Электронная схема катализируется небольшим набором белков, которые функционируют как сложные наномашины.»

(Викас Нанда/Университет Рутгерса)

Вверху: Складка (форма), которая, возможно, была одним из первых белков в эволюции метаболизма.

Но как выглядели эти первичные белки буквально миллионы тысячелетий назад? Это гигантское неизвестное, которое обрамляет существование лаборатории ENIGMA, частично финансируемой НАСА через Программу астробиологии космического агентства.

Понятно, что на этот вопрос нелегко ответить, учитывая, что ферменты, о которых идет речь, восходят к архейскому эону, существовавшему примерно от 4 до 2,5 миллиардов лет назад, и к настоящему времени давно вымерли. Тем не менее, жизнь должна была откуда-то взяться.

«Мы думаем, что жизнь была построена из очень маленьких строительных блоков и возникла как набор Lego для создания клеток и более сложных организмов, таких как мы», — говорит биофизик окружающей среды и главный исследователь ENIGMA Пол Г. Фальковски из Университета Рутгерса в Нью-Брансуике.

«Мы думаем, что нашли строительные блоки жизни — набор Lego, который в конечном итоге привел к эволюции клеток, животных и растений.»

В ходе исследования исследователи проанализировали и сравнили существующие трехмерные структуры белка, чтобы увидеть, смогут ли они определить общего предка, который мог бы лучше всего соответствовать форме в далеком эволюционном прошлом белка.

В частности, исследователи стремились количественно определить сходство между складками белка — формами, которые цепочки аминокислот принимают в трех измерениях, — чтобы найти простую топологическую модель того, как могли выглядеть древние белковые молекулы давным-давно, прежде чем они стали более сложными и разнообразны на протяжении миллиардов лет.

«Мы обнаружили, что две повторяющиеся складки играют центральную роль в происхождении метаболизма», — объясняют исследователи в своей статье.

«Эти две складки, вероятно, имели общего предка, который путем дублирования, рекрутирования и диверсификации эволюционировал, чтобы облегчить перенос электронов и катализ на очень ранней стадии происхождения метаболизма».

Они обнаружили две складки: складки ферредоксина, которые связывают соединения железа и серы, и складки, подобные Россманну, напоминающие белковые структуры, связывающие нуклеотиды.

Может показаться, что это не так уж и много, но эти базовые структуры, которые сами могли иметь единственного предка, могли быть структурным шаблоном для древних белков, которые сделали возможным все остальное на Земле (с метаболической точки зрения).

«Мы предполагаем, что первые белки были небольшими простыми пептидами (белками с очень короткими цепями), которые извлекали энергию из окружающей среды в виде молекул, отдающих электроны, в океане/атмосфере/камнях и перемещали их к другим молекулам, принимающим электроны. », — сказал один из членов команды, молекулярный биолог Викас Нанда.0015 Космос .

«Энергия высвобождается в этой реакции переноса электрона, и это энергия, которая движет всей жизнью.»

Конечно, команда признает, что их подход к моделированию, основанный на сравнении топологий белков, способен демонстрировать только гипотетические линии.

Другими словами, это только то, как, по их мнению, выглядели первые белки. Мы не можем знать наверняка, учитывая ограничения такого рода исследований.

«В области глубоковременных эволюционных выводов, — говорят они, — мы обязательно ограничены выводом того, что могло произойти, а не доказательством того, что произошло».

Но это не значит, что другие эксперименты не могли продвинуться дальше в отслеживании генеалогического древа жизни. Команда отмечает, что они, как и другие исследователи, на самом деле пытаются воссоздать функциональные версии этих типов белков в лаборатории.

Если они добьются успеха, это приблизит нас к пониманию того, как биохимия возникла из геохимии, говорят исследователи, что может помочь нам идентифицировать строительные блоки жизни далеко за пределами Земли.

«В конечном счете, наша цель состоит в предложенных усилиях по информированию будущих миссий НАСА об обнаружении жизни на планетарных телах в обитаемых зонах», — поясняется на веб-сайте ENIGMA.

«Наши усилия открывают уникальное окно для потенциальных химических характеристик планетарного масштаба, которые могут возникнуть в результате абиотической химии, которые необходимо понять, если мы хотим распознать уникальные биосигнатуры в других мирах.»

Результаты представлены в PNAS . (Ссылка еще не действительна на момент написания статьи.)

Теория происхождения жизни с участием гибрида РНК и белка получает новую поддержку

Карелл и его коллеги были вдохновлены рибосомами — здесь они транслируют цепочку РНК. Фото: Omikron/Science Photo Library

Химики говорят, что они решили важнейшую проблему теории происхождения жизни, продемонстрировав, что молекулы РНК могут связывать вместе короткие цепи аминокислот.

Результаты, опубликованные 11 мая в журнале Nature ¹ , подтверждают вариант гипотезы «мира РНК», согласно которой до эволюции ДНК и белков, которые она кодирует, первые организмы основывались на цепочках РНК — молекула, которая может хранить генетическую информацию — в виде последовательностей нуклеозидов A, C, G и U — и действовать как катализатор химических реакций.

Открытие «открывает широкие и принципиально новые возможности для изучения ранней химической эволюции», — говорит Билл Мартин, изучающий молекулярную эволюцию в Дюссельдорфском университете имени Генриха Гейне в Германии.

Как биологи создают живые клетки с нуля

Согласно стандартной теории, в мире РНК жизнь могла существовать в виде сложных нитей прото-РНК, способных копировать себя и конкурировать с другими цепочками. Позже эти «РНК-ферменты» могли развить способность строить белки и, в конечном счете, переносить свою генетическую информацию в более стабильную ДНК. Как именно это могло произойти, оставалось открытым вопросом, отчасти потому, что катализаторы, состоящие только из РНК, гораздо менее эффективны, чем белковые ферменты, присутствующие сегодня во всех живых клетках. «Хотя катализаторы [РНК] были открыты, их каталитическая сила паршивая», — говорит Томас Карелл, химик-органик из Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана в Германии.

РНК-рибосома

Исследуя эту загадку, Карелл и его сотрудники были вдохновлены той ролью, которую РНК играет в том, как все современные организмы строят белки: цепь РНК, кодирующая ген (обычно скопированный из последовательности оснований ДНК), проходит через большая молекулярная машина, называемая рибосомой, которая строит соответствующий белок по одной аминокислоте за раз.

В отличие от большинства ферментов, сама рибосома состоит не только из белков, но и из сегментов РНК, которые играют важную роль в синтезе белков. Более того, рибосома содержит модифицированные версии стандартных нуклеозидов РНК A, C, G и U. Эти экзотические нуклеозиды долгое время считались возможными остатками первичного бульона.

Команда Карелла построила синтетическую молекулу РНК, которая включала два таких модифицированных нуклеозида, путем соединения двух фрагментов РНК, обычно встречающихся в живых клетках. В первом из экзотических участков синтетическая молекула могла связываться с аминокислотой, которая затем перемещалась вбок, чтобы связать второй соседний экзотический нуклеозид. Затем команда отделила исходные нити РНК и ввела новую, несущую собственную аминокислоту. Это было правильное положение для образования прочной ковалентной связи с аминокислотой, ранее присоединенной ко второй цепи. Процесс продолжался шаг за шагом, наращивая короткую цепочку аминокислот — мини-белок, называемый пептидом, — который прикреплялся к РНК. Для образования связей между аминокислотами требуется энергия, которую исследователи обеспечили путем заполнения аминокислот различными реагентами в растворе.

Окаменелость древнего червя возвращает нас к происхождению животного мира

«Это очень интересное открытие, — говорит Мартин, — не только потому, что оно намечает новый путь образования пептидов на основе РНК, но и потому, что оно раскрывает новое эволюционное значение встречающихся в природе модифицированных оснований РНК». «Результаты указывают на важную роль, которую играет РНК в происхождении жизни, но при этом не требуется, чтобы для самовоспроизведения использовалась только РНК», — добавляет Мартин.

Лорен Уильямс, химик-биофизик из Технологического института Джорджии в Атланте, соглашается. «Если происхождение РНК и происхождение белка связаны, а их появление не является независимым, то математика радикально смещается в пользу мира РНК-белка, а не мира РНК», — говорит он.

Чтобы показать, что это возможное происхождение жизни, ученые должны выполнить еще несколько шагов.