Ученые из Университета в Буффало приблизились к ответу на один из ключевых вопросов теории зарождения жизни: как первые РНК-молекулы смогли объединиться для сложных химических реакций, если клеточных мембран еще не существовало. Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, показывает, что способность РНК самоорганизовываться в защищенные каплевидные структуры – конденсаты – объясняется минимальным химическим отличием от ДНК.
Согласно гипотезе «РНК-мира», жизнь на Земле началась с рибонуклеиновой кислоты, которая способна и хранить генетическую информацию, и катализировать реакции. Однако для этого молекулам РНК нужно было концентрироваться в одном месте, будучи при этом уязвимыми для агрессивной среды ранней планеты. Решением могли стать безмембранные конденсаты – плотные капли, в которых молекулы РНК сближаются и частично защищаются от внешних воздействий.
Американские исследователи установили, что РНК формирует такие капли значительно легче, чем ДНК. В ходе экспериментов выяснилось, что РНК начинает конденсироваться при температуре примерно на 10 °C ниже, чем одноцепочечные молекулы ДНК с аналогичной последовательностью. Это свойство оказалось связано с единственным дополнительным атомом кислорода в структуре сахара РНК – в составе 2′-гидроксильной группы, которой нет у ДНК.
Как показало моделирование, эта группа позволяет молекулам РНК активнее взаимодействовать с ионами магния и удерживать меньше молекул воды у своей основы. Оба фактора облегчают сближение и «слипание» молекул РНК при повышении температуры.
Более того, внутри конденсатов РНК склонна образовывать взаимосвязанные сети, из-за чего капля из жидкой становится гелеобразной. По мнению авторов, такой переход в более твердое состояние мог дополнительно защищать хрупкие молекулы в суровых условиях на заре жизни. Эти выводы подтвердились в ходе эксперимента, где химическая модификация 2′-гидроксильной группы снизила способность РНК к конденсации.
Полученные данные укрепляют гипотезу «РНК-мира», предлагая физически обоснованный механизм для одного из ее спорных моментов. В дальнейшем лаборатория планирует сконструировать РНК-конденсаты, способные выполнять базовые клеточные функции, что может стать шагом к созданию полностью синтетических клеток.
