Вперше в історії генетики вченим вдалося скопіювати генетичну інформацію в клітині, "запрограмованої" таким чином, щоб вона була схожа на перші найпростіші організми на Землі. Попередні спроби проведення подібного експерименту закінчувалися невдачею, оскільки копіювання призводило до руйнування самої клітини. Цього побічного ефекту вдалося уникнути на цей раз: дослідники стабілізували клітку, додавши цитрат - залишок лимонної кислоти, що міститься у всіх цитрусових.
"Ми знайшли рішення важливої проблеми, що стояла на шляху до розуміння механізму зародження життя", - говорить провідний автор нового дослідження та нобелівський лауреат 2009 року Джек Шостак ( Jack Szostak ) З Центральної лікарні штату Массачусетс.
Дане дослідження є частиною масштабного проекту, метою якого є з'ясувати, як перша життя на Землі сформувалася з набору органічних молекул .
Для пошуку відповіді на хвилююче питання Шостак і його колеги експериментували з так званими протоклітини, які по суті є бульбашками жирних кислот. Ці утворення були першою сходинкою еволюції життя на Землі, але і сьогодні з них складаються всі живі організми, включаючи людей.
Незважаючи на те, що протоклітини не володіють здібностями справжніх живих структур, вони здатні відтворювати себе за допомогою розподілу і формування дочірніх клітин. Головна відмінність бульбашок від справжніх клітин полягає у відсутності будь-якого відтвореного генетичного матеріалу.
Перші живі організми мали РНК - рибонуклеїнової кислотою , Яка була носієм генів до ДНК. Молекули РНК простіше молекул ДНК, але вони здатні виконувати ряд функцій, необхідних древнім організмам.
Генетики примусили протоклітини утримувати вантаж молекул РНК, після чого задумалися, як зробити так, щоб РНК копіювала і відтворювала сама себе. В такому випадку кожна дочірня клітина стала б носієм копій унікального генетичного матеріалу.
Молекули РНК створюють власні копії з дрібних молекул - нуклеотидів , Які є "цифрами" генетичного коду. При формуванні нуклеотиди збираються на уже існуючої РНК і з'єднуються в єдину структуру.
Відтворення цього процесу в лабораторії вимагає допоміжних речовин, таких як іони магнію або схожі заряджені частинки. Тут виникає проблема: створені Шостаком протоклітини, що несуть РНК, під впливом іонів магнію просто руйнуються. Вирішити це питання дослідникам допомогла молекулярний біолог Катажина Адамала ( Katarzyna Adamala ), Яка запропонувала оригінальний вихід із ситуації.
Вчені додавали по черзі різні хімічні речовини в "коктейль" з протоклеток і РНК, поки, нарешті, не знайшли необхідний стабілізатор, що не заважає копіювання генетичного матеріалу. У ролі такого компонента виступив цитрат - залишок лимонної кислоти. Усередині протоклеток молекули цитрату з'єднувалися з іонами магнію і стискали їх усередині себе, подібно щільній оболонці. Таким чином дослідникам вдалося запобігти небажану реакцію, але залишити взаємодія молекул РНК з бульбашками жирних кислот.
Якщо і 4 мільярди років тому в ролі стабілізатора виступали цитрати, то лимонної кислоти повинно було бути дуже багато на молодій Землі. Сьогодні ця речовина присутня в більшості сучасних живих організмів, але вченим досі невідомо, чи існувало воно на планеті при формуванні перших живих клітин.
Дослідники припустили, що на древній Землі могли бути і інші хімікати, також відповідні на цю роль. Шостак припустив, що цитрат могли замінювати невеликі пептиди і почав експериментувати.
"Поки що ми ще не знайшли пептид, що виконує функцію стабілізатора так само ефективно, як це роблять цитрати. Але ми все ще в процесі пошуку", - розповідає вчений.
Філіп Голігер ( Philipp Holliger ) З Кембриджа, автор альтернативного підходу, також отримав позитивні результати , Висловив невдоволення експериментом Шостака, оскільки той не використав ферменти. Однак автори нового дослідження, результати якого вони виклали в статті журналу Science , Вважають, що ферменти зіграли свою роль вже на більш пізніх етапах еволюції життя. А першим стабілізатором процесу були все-таки цитрати.
Також по темі:
Японські біологи наблизилися до створення штучного життя
Ферменти змусили еволюціонувати штучні ДНК
Створено новий метод генетичного перепрограмування бактерій
Генетики примусили мух синтезувати не існує у природі білки
Штучна ДНК змінить світ
