Život možná vznikl z interakce RNA-DNA hybridních molekul

TLDR: Byly na cestě ke vzniku života první RNA anebo DNA molekuly? Nová práce šalamounsky dokazuje, že odpovědí by mohly být obě možnosti najednou! Studie tu.

Na počátku všeho

Hypotézy týkající se vzniku života jsou nevyhnutelně kontroverzním tématem. Přeci jen se zde bavíme o událostech probíhajících před nějakými 4 miliardami lety. Poměrně komplexní článek na toto téma z našeho pera můžete v případě zájmu najít hír.

Jednou z hlavních otázek, která se ohledně vzniku života řeší, je – jak mohl vzniknout tak komplexní a provázaný genetický systém, kde informace uložená v DNA kóduje bílkoviny, ale sama se bez těchto bílkovinných enzymů nedokáže replikovat, přepisovat do RNA a do bílkovin následně překládat?

DNA sama o sobě tyto procesy nezvládne. Stejně tak bílkovinné enzymy, které to zajišťují, jsou tak složité a ke své funkčnosti přirozeným výběrem (jehož přítomnost je mimo jiné závislá na dědičnosti, která bez nukleových kyselin moc nefunguje) jemně vypilované, že je statisticky nemožné, aby na úsvitu věků vznikly samovolně. Jediná cesta z tohoto kolečka je seznání, že to na úsvitu života muselo fungovat jinak!

Ale jak? Poměrně elegantním a v posledních dekádách čím dál dominantněji přijímaným řešením této hádanky je tzv. hypotéza RNA světa (RNA WorldHypothesis). Ta praví, že na úsvitu věků život nezávisel na DNA (jakožto na nosiči genetické informace) a na bílkovinných enzymech (jakožto na funkčních molekulách, které zajišťují dlouhodobý běh systému), ale výhradně na RNA.

Ta totiž, na rozdíl od DNA, dokáže zastat obě funkce, tedy nést genetickou informaci i vyvíjet enzymatickou aktivitu. Na první pohled tedy elegantní řešení, které prostě musí být pravda. Nebo ne?

Zdroj: Comedy Central, vlastní
Zdroj: Comedy Central, vlastní

Do RNA světa

V posledních letech se nicméně objevuje další hypotéza – DNA a RNA na úsvitu pozemského života vznikaly a existovaly pospolu. Autorskému týmu vědců z amerického výzkumného zařízení Scripps Research, které se majoritně zabývá biomedicínským výzkumem, se totiž na oné hypotéze RNA světa něco nepozdávalo…

Jde o to, že vlákno RNA na sebe sice dokáže navázat volné nukleosidy a vytvořit tak vlákno komplementární, není však znám žádný (přirozený či syntetický) RNA enzym, který by výsledné dvojvlákno dokázal efektivně rozpojit. To v současných organismech zajišťují až ony účinnější bílkovinné enzymy.

Tento tým vědců nicméně experimentálně zjistil, že chimérická vlákna, která jsou napůl DNA a napůl RNA, u sebe drží méně silně než čistá vlákna složená jen z DNA (či jen z RNA). Již dříve navíc bylo experimentálně, že v podmínkách panujících na rané Zemi mohly samovolně z anorganických látek vznikat ribonukleosidy, tedy základní stavební kameny RNA, i deoxyribonukleosidy, základní stavební kameny DNA.

Mohly by tak teoreticky vznikat oba typy nukleových kyselin zároveň(RNA i DNA), stejně jako ony jejich chimérické hybridní formy, které by se daly rozplést i bez bílkovinných enzymů. V roce 2017 pak ukázali, že tzv. diamidofosfát (DAP), který se na rané Zemi prokazatelně nacházel, je schopen jednotlivé ribonukleosidy skládat dohromady, čímž vznikají vlákna RNA. Ve studii publikované před měsícem (2) pak bylo potvrzeno, že DAP je téhož schopen i s deoxyribonukleosidy, výsledkem čehož jsou vlákna DNA.

Navíc to DAP dokáže efektivně, pokud jsou v experimentálním mixu přítomny různé deoxyribonukleosidy, ne pouze jeden. Tedy v situaci, kdy je přítomno vícero typů nukleosidů (například ty nesoucí adenosin, ty nesoucí tymin, ty nesoucí guanin a ty nesoucí cytosin v jednom mixu), stejně jako tomu je v přirozené DNA, která se rovněž skládá z mixu různých deoxyribonukleosidů.

Je to tedy významné vodítko ke skutečnosti, že RNA svět byl spíše RNA-DNA svět!

Pro všechny, co si nejsou jistí rozdílem. Zdroj: Game of Thrones/HBO

Na počátku všeho

Nyní, když vědátoři tuší, že DNA a RNA mohla vznikat současně, a že enzymatickou aktivitu mohlo nahradit DAP, mohou spustit další experimenty a pozorovat, jaké výsledné chimérické molekuly z toho mohou vznikat, zda se mohou následně sebereplikovat, a od toho už je pouze krůček k nastartování přirozeného výběru a evoluce na molekulární úrovni. Může to být významný krok směrem k rozluštění molekulární fáze vzniku života. Jak podotýkají sami autoři studie, může to zajít daleko za oblast základního výzkumu.

Umělá replikace a syntéza DNA a RNA je dnes koneckonců jednou z nejrozšířenějších kratochvílí vědy i medicíny (děje se tak i u COVIDových PCR testů) a nahrazení poměrně křehkého enzymatického systému replikace, který má mnoho limitací, něčím robustnějším, jako je třeba DAP, by mohlo otevřít dveře dosud netušeným aplikacím a Nobelovým cenám. Prozatím však nezbývá než čekat, co tento nadějný budoucí výzkum přinese.

Zdá se, že počátek života, věčné to téma úvah vědátorů, filozofů, teologů i vás ve tři hodiny ráno, když nemůžete usnout, je zase o něco složitější – ale s pochopením biochemických jevů snad o fous jasnější!

[Jan Kollár, LL]

Vědátor vzniká v dílně spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd za podpory MUDRstart, který tvoří přípravné testy pro studenty vysokých škol. Krom různých autorů projekt jako šéfredaktor vede Ladislav Loukota – jeho kontaktní mail je vedatororg@seznam.cz

Diskuze

Reklama