O trochu blíže prvním živým systémům na Zemi?

Člověka od pradávna fascinoval fenomén vzniku života. Tímto tématem se člověk zabýval ještě před oddělením přírodních věd od filosofie. Dostáváme se tak do nábožensko-filosoficko-vědecké roviny. Pokud vynecháme náboženské představy a zaměříme se na vědecký pohled na věc, první problém, na který narazíme, je vznik organických sloučenin z jednoduchých anorganických látek.

Ten popisuje někým vyzdvihovaná, někým opovrhovaná teorie abiogeneze. V rámci této teorie můžeme vydělit 4 základní hypotézy podle matrice nesoucí genetickou informaci (-jako jeden z předpokladů života) a tvořící první živé soustavy. Ty mohly tvořit proteiny, RNA, proteiny a nukleové kyseliny zároveň nebo jiné systémy založené např. na koexistenci nukleových kyselin a jílů (Cairns-Smithova hypotéza).

Kalifornští vědci Tracey A. Lincolnová a Gerald F. Joyce "zprovoznili" živý systém na bázi samoreplikujících se RNA enzymů, které mají schopnost soupeřit mezi sebou o substrát - známky evoluce. Replikace RNA tak probíhá bez přítomnosti jakýchkoliv pomocných proteinů nebo jiných biomolekul. Zkoušce bylo podrobeno několik systémů s různým úspěchem. V jednom z nich katalyzuje první řetězec RNA enzymu připojení obou částí druhého řetězce. Ten pak má schopnost katalyzovat vznik prvního řetězce.

zdroj: Sciencexpress

Nevýhodou této na pohled elegantní metody byla nízká rychlost reakce a maximální prodloužení řetězce jen o 10-20%. Pro optimalizaci katalytických vlastností byly podrobeny oba řetězce in vitro evoluci. Na 5´konci trifosfát nesoucí substrát byl spojen s vlásenkovou smyčkou (hairpin loop) a nukleotidy uvnitř enzymu i odděleného substrátu s 3´-hydroxylem byly nahodile změněny s frekvencí 12% na jednu pozici. Dvě populace takových molekul byly vystaveny in vitro selekci, ve které záleželo na schopnosti rychlé replikace. Na konci pokusu byla reakce vyhodnocena sekvenací, která odhalila poměrně dost velký počet přeživších druhů molekul. Všechny ale obsahovali typickou mutaci proti pravidlu Watson-Crickova párování bazí. Preferovaný byl pár G-U blízko místa, kde dochází k ligaci dvou komponent enzymu.

Následně byla mutace vytvořena jak u enzymů (A), tak u části nesoucí 3´-hydroxyl (B). Bylo tak dosaženo mnohem vyšší rychlosti replikace a maximálního prodloužení okolo 90%. Další mutování za současného podrobování selekčnímu tlaku, kterým byl boj o substrát, vedl k vytvoření páru RNA enzymů, jejichž rychlost replikace byla ještě vyšší. Po vyčerpání substrátu bylo možné tyto molekuly přenést do prostředí s dalším substrátem, aby jejich replikace pokračovala. Jinou zajímavou vlastností je schopnost rekombinace RNA enzymových jednotek, stejně tak jako zpětná rekombinace.

Tento objev se zdá být velice slibný pro studium genetických systému. Poskytuje velice jednoduchý genetický model, umožňující poměrně snadnou manipulaci.
Možná nás dostal o něco blíže počátku života, který mohl být založen na bázi RNA molekul. Stále ale nevysvětluje propojení světa proteinů a nukleových kyselin, které je základem života všech současných organismů.

Autor: Martin Jacko

Zdroj:
Self-Sustained Replication of an RNA Enzyme
Tracey A. Lincoln, Gerald F. Joyce, Sciencespress, 8 January 2009, Page 1 /10.1126/science.1167856