Egy lépéssel közelebb az élet keletkezésének rejtélyéhez

Valószínűnek tűnik, hogy az élet keletkezéséhez vezető kémiai evolúció során a ribonukleinsavak jelentek meg először, s ezek továbbfejlődése vezethetett a sokkal stabilabb DNS-molekulák kialakulásához. Az első sejtekben tehát az információtárolás szerepét az RNS tölthette be, és a másolásához szükséges enzimműködést is RNS-molekulák biztosították. Az eddig szintetizált RNS-enzimek csak nagyon rövid RNS-darabkákat tudtak létrehozni, de brit kutatóknak most jelentős mértékben sikerült kitágítaniuk ezt a határt.

Egy RNS-molekula vázlatos képe

Közel harminc éve, 1982-ben fedezték fel, hogy egyes természetes biokémiai folyamatokban nem fehérjék, hanem RNS-molekulák szerepelnek biokatalizátorként, azaz enzimként (ezek az úgynevezett ribozimok). Az RNS-ek enzimatikus aktivitása felvetette a gondolatot, hogy a fehérjék és a nukleinsavak evolúciós "összehangolódása" előtt az élet (de legalábbis a kialakulásához vezető folyamat) egy olyan állapotban létezhetett, amelyben az RNS-molekulák töltötték be mind az információtárolás, mind pedig az információ átírásának szerepét. Az evolúció e feltételezett lépcsőfokát RNS-világnak, az ebben az időszakban élt hipotetikus élőlényeket pedig ribo-organizmusoknak nevezték el.

Néhány dolog azonban sokáig megakadályozta, hogy az evolúcióbiológusok többsége magáévá tegye az RNS-világ elképzelését. Az egyik, hogy eddig mindössze nyolc, természetes körülmények között előforduló ribozimot sikerült felfedezni, ami igen kevés az egykori RNS-világ enzimatikus folyamatainak katalizálásához. A másik, hogy az RNS-enzimek a fehérjékhez képest igen nehézkes és megbízhatatlan enzimeknek bizonyultak.

Az elmúlt évtizedben - egyre kifinomultabb technológiákkal - különféle ribozimok sokaságát szintetizálták a laboratóriumokban. Abból indultak ki, hogy amennyiben mesterséges úton sikerül megfelelő aktivitású RNS-enzimeket előállítani, úgy feltehetjük, hogy ilyenek egykor természetes állapotban is léteztek, csak azóta eltűntek az élet színpadáról.

Így állították elő a kutatók az R18 ribozimból a tC19Z-t (a képre kattintva nagyobb méretben látható)

Az eddigi legjobb RNS-polimeráz ribozim (azaz RNS-t szintetizáló enzim), az úgynevezett R18 azonban mindössze maximum 14 bázisból álló ribonukleinsavat tudott létrehozni. Ez nagyon kevés, pláne azt is figyelembe véve, hogy maga az R18 196 bázispár hosszú. Ráadásul az R18 nem is "hajlandó" akármilyen bázissorrendű templátot lemásolni.

Aniela Wochner, a cambridge-i MRC Molekuláris Biológiai Laboratórium kutatója munkatársaival az R18 hatékonyabbá tételét tűzte ki célul. Ennek folyamán először sikerült egy olyan változatot találni, amely képes volt 95 bázispár hosszú RNS-t szintetizálni, de csak a "kedvelt" templátjáról. Ezt a ribozimot tC19-nek nevezték el.

Ezután az R18 ötvenmillió véletlenszerű mutációját vizsgálták meg, és sikerült olyan változatokat találni, amelyek kevésbé "válogatóssá" tették a ribozimot. Ezeket a mutációkat a tC19-be átültetve hozták létre a 198 bázis hosszú tC19Z nevű ribozimot, amely szintén majdnem 100 bázispár hosszú RNS-ek szintézisére képes, viszont sokkal rugalmasabb az elfogadott templátok tekintetében. A kutatók eredményeiket a Science folyóirat április eleji számában tették közzé.

Noha a fő célt - olyan ribozim létrehozását, amely képes legalább saját magával egyenlő hosszúságú ribonukleinsavat szintetizálni - még nem sikerült elérni, a kutatók megtöbbszörözték az eddigi leghatékonyabb RNS-polimeráz kapacitását. Ez reményt ad arra, hogy előbb-utóbb sikerül szintetizálni egy jól működő RNS-replikázt is, amelynek léte elengedhetetlen az RNS-világ elméletének bizonyításához.