Byggesten til DNA og RNA kunne have vist sig sammen, før livet begyndte på Jorden

Forskere har for første gang fundet stærke beviser for, at RNA og DNA kunne være opstået fra det samme sæt forstadiemolekyler, selv før livet udviklede sig på Jorden for omkring fire milliarder år siden.

Opdagelsen, udgivet 1. april i Naturkemi , antyder, at de første levende ting på Jorden kan have brugt både RNA og DNA, som alle cellebaserede livsformer gør nu. I modsætning, den fremherskende videnskabelige opfattelse - "RNA World" -hypotesen - er, at tidlige livsformer udelukkende var baseret på RNA, og først senere udviklet sig til at lave og bruge DNA.

"Disse nye fund tyder på, at det måske ikke er rimeligt for kemikere at blive så stærkt styret af RNA World -hypotesen ved at undersøge livets oprindelse på jorden, "siger medforskerforsker Ramanarayanan Krishnamurthy, Ph.d., lektor i kemi ved Scripps Research.

Krishnamurthy og hans laboratorium arbejdede på undersøgelsen med laboratoriet af John Sutherland, DPhil, fra UK Medical Research Council's Laboratory of Molecular Biology i Cambridge, som en del af den New York-baserede Simons Foundation's Collaboration on the Origins of Life.

RNA (ribonukleinsyre) og DNA (deoxyribonukleinsyre) er kemisk meget ens, men kemikere har aldrig været i stand til at vise, hvordan den ene kunne have været konverteret til den anden på den tidlige jord, undtagen ved hjælp af enzymer produceret af tidlige organismer. Dels på grund af denne mangel på en påvist pre-life eller "præ-biotisk" kemisk vej, der forbinder RNA med DNA, forskere på dette område har været tilbøjelige til at tro, at den enklere, mere alsidig, RNA, var grundlaget for de første livsformer - eller i det mindste for en tidlig fase af livet før fremkomsten af ​​DNA. RNA er i stand til at lagre genetisk information som DNA kan, er i stand til at katalysere biokemiske reaktioner, som protein enzymer kan, og ellers sandsynligvis kunne have udført de grundlæggende biologiske opgaver, der ville have været nødvendige i de første livsformer.

Selvom forskere fra livets oprindelse i de seneste årtier stort set er kommet til at omfavne RNA World-hypotesen, Sutherland, Krishnamurthy, Harvards Jack Szostak og andre har samlet beviser for, at RNA og DNA kan være opstået mere eller mindre på én gang i de første livsformer.

I en undersøgelse offentliggjort i 2017 f.eks. Krishnamurthy og kolleger ved Scripps Research identificerede en forbindelse, der sandsynligvis var til stede på den præbiotiske jord og kunne have udført den afgørende opgave at forbinde RNA-byggesten til større, kædelignende RNA-tråde-og kunne have gjort det samme for byggestenene i DNA og proteiner.

I den nye undersøgelse, forskerne kombinerede indsigt fra denne undersøgelse med nylige fund fra Sutherland og hans laboratorium om en forbindelse kaldet thiouridin. Sidstnævnte var sandsynligvis til stede på Jorden, før livet opstod, og kunne have været en kemisk forløber for nukleosid -byggestenene i tidlige RNA'er. Teamet viste, at i et par kemiske reaktionstrin, som sandsynligvis kunne have fundet sted i en præbiotisk verden, de kunne konvertere denne forløber for en RNA-byggesten til en DNA-byggesten-deoxyadenosin, som danner bogstavet "A" i det moderne, firebogstavs DNA-kode. Alternativt kunne de omdanne thiouridin til deoxyribose, som er meget nært beslægtet med deoxyadenosin og også kan have været en forløber for tidlige DNA -byggesten.

Fundet skulle gøre det lettere for forskere at acceptere muligheden for, at DNA og RNA opstod sammen og blev inkluderet i de første livsformer. Nogle forskere, herunder Sutherland, har antydet, at RNA og DNA måske endda er blevet blandet sammen for at lave de første gener. Ingen sådan organisme vides at forekomme naturligt nu, men en nylig artikel af Scripps Research's Peter Schultz, Ph.d. og kolleger beskrev en konstrueret bakterie, der kan overleve med gener fremstillet af en RNA/DNA -blanding.

Krishnamurthy formoder, at dog opstod livet, RNA og DNA med deres respektive styrker og mangler ville hurtigt have sorteret sig ind i den ret strenge arbejdsdeling, der ses i alle celler i dag:DNA til stabil langsigtet lagring af genetisk information, og RNA til sit eget særlige sæt opgaver, herunder korttidsopbevaring og transport af genetisk information og fremstilling af proteiner.

"Der er begyndelsen på en erkendelse på området, at RNA og DNA kunne have været blandet sammen i starten, men senere adskilt efter de ting, de gør bedst, "Siger Krishnamurthy.

Forfatterne til undersøgelsen, "Prebiotisk fosforylering af 2-Thiouridin giver enten nukleotider eller DNA-byggesten via fotoreduktion, "var Jianfeng Xu, Nicholas Green, og John Sutherland fra MRC, og Clémentine Gibard og Ramanarayanan Krishnamurthy fra Scripps Research.