Undersøgelse viser, hvordan små rum kunne have været forud for celler

Et af de vigtigste spørgsmål i videnskaben er, hvordan livet begyndte på Jorden.

En teori er, at våd-tør cykling på den tidlige jord-uanset om det er i regnfulde/tørre perioder, eller gennem fænomener som gejsere - opmuntret til molekylær kompleksitet. Hydrerings-/rehydratiseringscyklussen menes at have skabt forhold, der gjorde det muligt for membranløse rum kaldet komplekse coacervater at fungere som hjem for kemikalier at kombinere for at skabe liv.

Brug af den avancerede fotonkilde på Argonne National Laboratory, forskere ved Pritzker School of Molecular Engineering (PME) ved University of Chicago studerede disse polymerrum, da de undergår faseændringer for at forstå, hvad der sker inde i dem under våd-tør-cyklus.

Resultaterne, udgivet 27. oktober i Naturkommunikation , ikke kun kunne kaste yderligere lys over den prebiotiske jord, de kan også have konsekvenser for designet af elektronik og lægemiddelleveringssystemer.

"At se disse polymersamlinger, når de gennemgår ændringer i komplekse miljøer, hjælper os med at forstå, hvordan disse rum opførte sig på den tidlige jord, og hvordan vi kan bruge dem fremover, "sagde Matthew Tirrell, dekan for Pritzker School of Molecular Engineering, Robert A. Millikan Distinguished Service Professor, og medforfatter af papiret.

At se inde i komplekse coacervater

I forskning ledet af Pennsylvania State University, forskere undersøgte polyelektrolyt -coacervater i vand, der havde samme makeup som damvand. En dam tørrer regelmæssigt op og fyldes derefter op med regn. Denne cykliske dehydrering og rehydrering gør det lettere for molekylære byggesten, ligesom aminosyrer og nukleotider, at samle sig til peptider og proteiner, ligesom DNA og RNA, ved at sænke den termodynamiske barriere, der forhindrer dem i at kombinere.

Tirrell Lab er eksperter i polymerrum som polyelektrolyt -coacervater, tidligere har beskrevet, hvordan disse materialer virker under forskellige faseændringer.

PME-forskerne brugte røntgenstråling i lille vinkel ved Argonnes Advanced Photon Source for at se på den indre struktur af coacervater, efterhånden som de våd-tørre forhold ændrede sig. De fandt ud af, at når vandprøven tørrede, koncentrationen af ​​RNA steg, men RNA -koncentrationen inde i polymerrummene forblev konstant. De fandt også, at saltkoncentrationen af ​​prøven steg, når vandet tørrede, svækkelse af polymerinteraktioner, hvilket gjorde rumene faktisk mere hydreret.

Gentagne cyklusser af hydrering og dehydrering "forårsagede en progressiv udvikling af kamrene, "Sagde Tirrell, som permanent ændrede coacervaternes sammensætning.

"Dette ændrer coacervatets fysiske egenskaber og påvirker molekyludveksling, hvilket kunne være et fingerpeg om, hvor tidligt livet begyndte, "sagde Alexander Marras, en postdoktor i Tirrells gruppe.

Design af lægemiddelleveringssystemer

At forstå, hvordan dynamiske forhold påvirker coacervater, kan have konsekvenser for elektroniske enheder, der bruger polymerrummet i visuelle displays, eller ved levering af medicin. Sådanne rum kan bruges til at udføre en terapi i kroppen, og forståelse for, hvordan polymerer samles og reagerer på ændrede forhold, er nøglen til at designe nye måder at levere medicin på.

Marras, tidligere UChicago postdoc Jeffrey Ting, og forskere med Penn State smed dette forskningssamarbejde under en Gordon Research Conference i Schweiz. Penn State -forskere, der i sidste ende ledede denne forskning, var interesseret i at studere, hvordan coacervates opførte sig på den tidlige jord. Under en vandretur på en gletscher, Ting, Marras, og forskerne fra Penn State diskuterede, hvordan de kunne samarbejde ved hjælp af Advanced Photon Source til at se inde i rumene.

"Argonne er virkelig en facilitet i verdensklasse, der giver os mulighed for at være i spidsen for denne form for arbejde, "Sagde Marras.