Descoperire revoluționară: Un fragment de ARN de numai 45 de baze se poate auto-replica

Una dintre marile enigme ale științei este originea vieții pe Pământ. Comunitatea științifică este de acord că unul dintre pașii cruciali în acest proces a fost apariția unei molecule de ARN capabilă să se auto-replice. ARN-ul, la fel ca și celebrul său înrudit, ADN-ul, poate transporta informații genetice. Mai mult, acesta poate forma structuri tridimensionale care funcționează ca niște catalizatori. Aceste caracteristici sugerează că primele forme de viață ar fi putut exista fără proteine, ARN-ul gestionând atât moștenirea genetică, cât și catalizarea unui metabolism simplu.

Pentru ca acest scenariu să fie posibil, primele molecule de ARN trebuiau să catalizeze replicarea altor molecule de ARN, un proces esențial pentru orice formă de ereditate. Deși au fost descoperite numeroase ARN-uri catalitice (denumite generic ribozime, adică enzime bazate pe ARN) care pot copia alte molecule, până acum niciuna nu reușise să efectueze o reacție esențială: auto-replicarea. Recent, însă, o echipă de cercetători a descoperit o secvență extrem de scurtă de ARN – de doar 45 de baze – care poate să se copieze pe sine.

Am identificat un număr mare de ribozime, dintre care unele pot cataliza reacții implicând alte molecule de ARN. Unele dintre acestea sunt ligaze, care leagă între ele două molecule de ARN. În anumite cazuri, acestea necesită ca moleculele să fie ținute împreună de o a treia moleculă de ARN care se apare cu ambele. Doar câteva pot acționa ca polimeraze, adăugând baze de ARN la o moleculă în creștere, câte una pe rând, fiecare adăugare apareându-se cu o moleculă șablon.

Există o suprapunere funcțională între acestea, deoarece se poate gândi la o polimerază ca la o ligază care adaugă câte o bază odată. De fapt, la nivelul ribozimelor, există o suprapunere reală, deoarece unele ribozime identificate inițial ca ligaze au fost transformate în polimeraze prin selecția acestei noi funcții.

Deși aceste descoperiri sunt fascinante, există câteva probleme cu aceste exemple cunoscute de ribozime polimerază. Una dintre ele este lungimea lor mare, atât de mare încât depășește lungimea moleculelor care s-au observat formându-se spontan dintr-un amestec de baze individuale de ARN. Această lungime înseamnă, de asemenea, că sunt în mare parte incapabile să se copieze pe sine – reacțiile sunt atât de lente și ineficiente încât pur și simplu se opresc înainte de a copia întreaga moleculă.

Un alt factor legat de lungimea lor este că tind să formeze structuri foarte complexe, cu multe zone ale moleculei apareate între ele. Acest lucru lasă foarte puțin din moleculă într-o formă monocatenară, necesară pentru a face o copie.

Pornind de la succesele anterioare, o echipă franco-britanică a decis să înceapă căutarea unei polimeraze prin căutarea unei ligaze. Și au limitat această căutare într-un mod important: au testat doar molecule scurte. Au început cu bazine de molecule de ARN, fiecare având o secvență aleatorie diferită, variind între 40 și 80 de baze. În total, au estimat că au creat o populație

Sursa: Ars Technica

Știință&Tehnică

Revista “Ştiinţă şi Tehnică“, cea mai cunoscută şi longevivă publicaţie de popularizare a ştiintelor din România