Kunne gårsdagens Jord indeholde spor til at lave morgendagens medicin?

For flere milliarder år siden, da den nyligt dannede planet Jorden kølede ned fra en lang og brutal periode med tungt meteorbombardement, pøler af urmøg begyndte at hvirvle med de kemiske forløbere til livet.

I dag, forskere udtænker kemiske reaktioner, der efterligner Jordens tidlige tid for ikke kun at lære om, hvordan liv opstod for så mange år siden, men også for at låse op for nye muligheder for moderne medicin.

"Hvis du kan få kemi, der koder for information, så kan du måske designe nye lægemidler, " siger John Yin, en professor i kemisk og biologisk ingeniørvidenskab ved University of Wisconsin-Madison.

I et papir offentliggjort online 29. september, 2018, i forskningstidsskriftet Livets oprindelse og biosfærers udvikling , Yin og kolleger beskrev de første skridt mod at opnå kemi, der koder for information under en række forhold, der kan efterligne miljøet i den forhistoriske Jord.

"Jeg ser dette som systemkemi, " siger Yin. "Hvordan tager vi butikskemikalier og kombinerer dem på en sådan måde, at de viser nye egenskaber som evnen til at lagre information eller kopiere sig selv?"

Forbindelserne forskerne kombinerede var molekyler kaldet aminosyrer, som er de molekylære byggesten for de proteiner, der udfører meget af det strukturelle og kemiske arbejde inde i levende celler. Der er 20 forskellige aminosyrer, der kombineres for at danne de essentielle proteiner for livet, men Yin og kolleger fokuserede på kun to:alanin og glycin, som er blandt de enkleste eksempler på disse molekyler.

Også i blandingen var et energimolekyle kaldet trifosfat, menes at være tilgængelig på den tidlige jord.

Forskerne "kogte" blandingen sammen over en række forskellige temperaturer og forskellige sure forhold. I blandinger uden energimolekylet, aminosyrer kun sluttet sammen under de mest varme og barske forhold. Når trifosfat var til stede, imidlertid, korte kæder af alanin og glycin dannet ved mere moderate temperaturer.

"Trifosfat letter reaktioner under forhold, hvor det meste liv viser sig at forekomme, " siger Yin.

Spændende nok, alanin og glycin kombinerede ikke tilfældigt. I stedet, aminosyrer forbundet til kæder med specifikke sekvenser, afhængig af temperatur og pH.

"Det, vi har vist, er, at du er et produkt af dit miljø, " siger Yin.

Nøglen til undersøgelsen var evnen til at bestemme sammensætningen af ​​forskellige aminosyrekæder med sofistikeret analytisk kemi. For de molekylære karakteriseringer, Yin samarbejdede med Lingjun Li, professor i farmaci og kemi.

"Folk har kogt aminosyrer siden 1940 eller deromkring, " siger Yin. "Men nu kan vi identificere, hvad der faktisk er derinde."

Og det, de identificerede, antyder de første glimt af informationslagring, der opstod for så mange milliarder af år siden.

Forskerne spekulerer i, at med øget "tilberedningstid", endnu større kompleksitet kan forekomme. Deres reaktioner fortsatte kun i 24 timer - blot et blink i forhold til planetens historie. Derudover forskerne planlægger at tilføje et større udvalg af molekyler til blandingen.

Til sidst, de håber at skabe blandinger, hvor komplicerede molekyler spontant samles fra enklere komponenter og skaber selvkørende kemiske reaktioner, der interagerer og lever af hinanden.

Disse reaktioner kunne indeholde nøglerne til at skabe nye lægemidler eller syntetisere eksisterende forbindelser mere effektivt.

"Vi finder ud af, hvordan vi lukker sløjfen, " siger Yin.