Samoreplikující se RNA enzym  
Vědci se přiblížili reálné možnosti vzniku života. Vytvořili jednoduchý systém dvou enzymů, které se vzájemně pomnožují. Tento proces nepotřebuje DNA, žádné proteiny ani další buněčné organely a je teoreticky nekonečný. Systém reaguje na uměle navozené změny - probíhá v něm proces darwinistické selekce.


 

Gerald Joyce: „Jedna z trvale diskutovaných otázek je, jak vzniknul na Zemi život. Za jeho základ se považují molekuly, které dokáží samy sebe replikovat (množit se). Proces, který byl nyní uskutečněn v laboratoři je vlastně základem toho, co dává smysl a význam slovu dědičnost. Jde o základní charakteristiku živých systémů, poodhalení roušky tajemství vzniku života.“

O vzniku života se vedou spory stále. Prakticky všichni se ale shodnou na tom, že šlo o změnu, při které se z neživé hmoty stala hmota živá, jenž se začala rozmnožovat, přeměňovat svoje okolí a vyvíjela se. Jedná se o filosoficko-nábožensko-vědecký spor, kdy se jednotlivé strany snaží přinést svojí teorii, či důkazy o tom, jak k této události došlo. Omezme se na názory z poslední doby. Onou substancí, která na Zemi měla nastartovat život, by měla být molekula ribonukleové kyseliny (RNA). Molekuly ribonukleové kyseliny mají být těmi prvními molekulami, které díky svým schopnostem se vzájemně propojovat, umožnily svojí replikaci a daly tak vznik životu na Zemi. Postupně pak měly vznikat složitější struktury než vlastní RNA, až posléze došlo i na vznik DNA. Alespoň tak nějak se to již po desetiletí traduje v učebnicích jako dogma a o jeho správnosti nás přesvědčují stále nové a nové poznatky týkající se výjimečných vlastností RNA. Především těch, které odhalily, že RNA funguje i jako katalyzátor biochemických reakcí, a že se tato kyselina může sama chovat současně také jako enzym.

Ribozymy
Molekuly RNA s vlastnostmi enzymu dostaly název ribozymy. Název pro ně byl volen tak, aby na první pohled bylo jasné, že jde sice o ribonukleovou kyselinu ale s vlastnostmi enzymu. Za objev těchto vlastností dostal Thomas Cech, Američan českého původu, ještě s dalším biochemikem Sidney Altmanem v roce 1989 Nobelovu cenu za chemii.
Ribonukleová kyselina tedy nejenže přepisuje informaci zapsanou v DNA, do proteinů, ale také v případě ribozymů se chová jako enzym.


Deoxyribozymy
Ronald Breaker z Yalské univerzity před časem ale přišel na to, že také DNA se může chovat podobně jako ribozymy. Tedy že i DNA se za určitých okolností chová jako enzym. Tento poznatek vnesl poněkud do našich představ zmatek. Jestliže DNA může za určitých podmínek být sama sobě enzymem, dogma o prvotním vlivu RNA na vznik života se poněkud otřáslo. Nelze totiž vyloučit, že obdobné vlastnosti, jaké mají uměle připravené krátké řetězce DNA, které se podařilo sestrojit vědcům ve zkumavce, nemohly  také vzniknout přirozeně a náhodně na Zemi v dobách jejího dávnověku. Pravdou je, že enzymová aktivita deoxyribozymů (název odvozen od ribozymů, a deo značí vznik z DNA), není nikterak velká.

Nicméně i malá enzymatická aktivita zlomků DNA byla dostačující k tomu, abychom vznik života chápaly šířeji. A aby se začala vážně zvažovat možnost, že tou mysteriózní molekulou, která dala vznik života na Zemi nemusela být molekula RNA, ale že jí mohla být molekula DNA.

 

Páry molekuly RNA (zvané ribozomy) – jedna molekula z páru je označena červeně, druhá modře. Každá z těchto částí slouží té druhé jako templát - šablona podle které se vytváří věrná kopie. (Science)


RNA znovu hlavním adeptem
Nejnovější pokusy Geralda Joyceho a Tracey Lincolnové ze Scripps research institute v La Jolla, nyní vrací RNA její pošramocené prvenství a znovu pasují tuto molekulu na místo prvního adepta asistujícího při vzniku života. Americký tým samozřejmě nevytvořil nový život. Demonstroval ale možnost, jak lze získat jednoduchý genetický systém, který podléhá darwinistické evoluci a k jehož funkčnosti stačí pouze dva relativně jednoduché řetězce. Jde o to, že vzájemně se replikující pár ribozymů (RNA řetězců) se navzájem katalyzuje. Nejde přitom o žádná monstra, ale jen o dva úseky RNA, každý o délce okolo 70 nukleotidů. Při vzájemném množení se řídí zákonitostmi o párování bází, jež objevili Watson a Crick.


Důležité na tom všem je, že se nyní podařilo ve zkumavce a pouze za použití chemikálií, vytvořit systém vykazující základní životní funkci - samoreprodukci. V případě, že v živném substrátu vědci nabídli tomuto systému mírně pozměněné stavební bloky pro tvorbu řetězce RNA (tedy stav odpovídající změnám navozovovaným za normálních podmínek mutacemi), brzo se projevila převaha těch úspěšnějších variant. Došlo tedy k ději odpovídajícímu přirozené selekci. Tyto setrvale se replikující RNA enzymy nás přivádějí blíže k situaci, kdy budeme moci prohlásit, že v chemické laboratoři již dokážeme vytvořit život.
Nynější výsledky presentované v časopise Science jsou zatím největší podporou teorie o vzniku života na bázi RNA. Sestavit syntetické replikační systémy se snažila celá řada výzkumníků, ale jejich pokusy se pramálo podobaly setrvalému biologickému systému, protože replikace se zastavovala. Stejného neúspěchu se dočkali i Lincolnová a Joce, když se zprvu snažili takový systém založit na principu, kdy řetězec RNA replikuje sám sebe. Takový proces i jim časem vždy zkolaboval. K průlomu došlo až poté, co vzali do hry dvojici - tedy systém ve kterém jeden řetězec dělá kopii druhého řetězce.  Použitím křížové replikace vědci problém zhroucení systému překonali a poprvé uvedli do chodu čistě syntetický chemický proces zajišťující trvalou replikaci, která probíhá tak dlouho, dokud je v roztoku dostatek oligonukleotidových stavebních bloků ze kterých se ribonukleová kyselina skládá.

 

Pramen: Lincoln et al. Self-Sustained Replication of an RNA Enzyme. Science, Jan 8, 2009; DOI: 10.1126/science.1167856


Datum: 12.01.2009 02:45
Tisk článku


Diskuze:




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni



Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace