Ученые из США и ЮАР доказали, что короткие нуклеотидные цепочки РНК могут спонтанно соединяться друг с другом, образуя крупные молекулы. Эта способность является необходимой для возникновения в первичном бульоне соединений с ферментативной активностью, хранящих генетическую информацию. Статья исследователей опубликована в журнале Royal Society Open Science.
Согласно гипотезе РНК-мира, предшественниками живых клеток были молекулы-ферменты (рибозимы), способные копировать сами себя (реплицировать). Известно, что такие соединения являются крупными и сложными. Они должны были образовываться из более мелких молекул через процесс, называемый лигированием, когда две нуклеотидные цепочки связываются концами. Однако такую реакцию осуществляет отдельная группа ферментов (лигаз), поэтому РНК-мир был бы невозможен без наличия рибозимов, обеспечивающих свое собственное лигирование.
В качестве объекта исследования ученые использовали сложный рибозим РНК-полимеразу R18. Эта крупная молекула имеет два активных центра. Один из них осуществляет полимеразную активность, то есть синтезирует молекулу РНК из нуклеотидов, другой является лигазным ядром. Специалисты удаляли из рибозима различные фрагменты, получив ряд небольших цепочек, все из которых имели лигирующий центр. Последние, а также полноценная полимераза R18, помещались в среду, где содержались другие мелкие молекулы РНК (субстраты).
Ученые оценили способность молекул к самолигированию. R18 проявляла очень низкую активность, однако самая маленькая цепочка (R18-T4) присоединяла к себе самые разные РНК-молекулы. С увеличением длины цепочки лигазная активность падала, и молекула могла связываться лишь с определенными субстратами. По словам специалистов, так рибозимы приобретают специфичность, характерную для ферментов в живых клетках.
Результаты исследования показали, что на ранних этапах РНК-мира крупные молекулы появлялись через слияние лигаз с различными мелкими рибонуклеиновыми цепочками. Такие соединения изначально не могли эффективно выполнять ферментативные функции, вроде самокопирования, однако уже обладали специфичностью к определенным субстратам. В ходе молекулярной эволюции их способность к репликации увеличивалась.