Случайное открытие помогло разгадать одну из загадок происхождения жизни

В современных клетках ДНК хранит генетические схемы, но для их копирования требуются белки. Сами белки не могут появиться без инструкций ДНК. Что было первым? По мнению биохимиков, прародительницей жизни была РНК — молекула, способная как хранить код, так и ускорять химические реакции.

Древний ремонт без участия белков

Это открытие дает веский аргумент в пользу гипотезы «мира РНК». Согласно ему, первые организмы на Земле около 4 миллиардов лет назад обходились без ДНК и белков. Но оставался вопрос: как эти хрупкие геномы выдержали неизбежный ущерб от жары или суровых условий окружающей среды? Без механизмов защиты информация была бы безвозвратно утеряна, что навсегда остановило бы эволюцию.

Созданный рибозим доказал, что белки не нужны для защиты кода. Молекула РНК сама способна выполнять функции ремонтной мастерской. Он точно распознает сломанные участки по их химическому маркеру — фосфатной группе на конце цепи. При этом целые молекулы, оканчивающиеся стандартной гидроксильной группой, полностью игнорируются ферментом.

Эволюция in vitro и фактор удачи

Поскольку организмы из «мира РНК» давно исчезли, ученым приходится воссоздавать их элементы методом направленной эволюции в пробирке (in vitro). Из триллионов случайных молекул исследователи выбирают катализаторы с нужными свойствами. Этот процесс во многом зависит от удачи, и в данном случае удача улыбнулась ученым.

Изначально команда планировала лишь незначительно модифицировать известный класс рибозимов. Однако в ходе эксперимента биологи столкнулись с неожиданными результатами. Они изучили аномалию и обнаружили принципиально новый фермент.

Авторы признаются, что удивлены, почему столь эффективное средство не было обнаружено кем-то раньше.

От зарождения жизни к медицине будущего

Значение открытия выходит за рамки фундаментальной биологии. Разрушение молекул РНК — классическая особенность многих патологий, включая тяжелые вирусные инфекции и некоторые виды рака. Однако стандартные методы секвенирования (расшифровки) РНК не видят разорванные фрагменты, поскольку используемые химические метки к ним просто не прикреплены.

Новый рибозим, благодаря своей избирательности к повреждениям, может решить эту проблему в биотехнологии. Он может изолировать сломанные фрагменты перед анализом, делая их видимыми для диагностического оборудования.

В настоящее время авторы активно работают над повышением эффективности рибозима для его использования в высокоточной медицинской диагностике.