Биологи Исследовательского института Скриппса с помощью искусственной эволюции приблизились к созданию РНК-мира, который был важным условием возникновения жизни на Земле. Ученым удалось синтезировать ферменты рибозимы, способные быстро и точно копировать сложные РНК-цепочки. Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Рибозимы представляют собой молекулу РНК, которая обладает каталитическим действием. Они могут расщеплять или синтезировать другие соединения, а также участвовать в своей собственной сборке (реплицироваться). Ученые считают, что они должны были существовать до появления клеток и проводили биохимические реакции, необходимые для возникновения живых организмов.
Исследователи прибегли к искусственной эволюции, чтобы создать эффективный катализатор. В качестве основы они взяли РНК-полимеразный рибозим, который участвует в процессе транскрипции. Этот фермент использует молекулу РНК, чтобы построить комплементарную ей нуклеиновую кислоту. Однако функциональность полимеразы изначально была очень ограниченной, и она не могла синтезировать сложные структуры. Кроме того, нельзя было создать точную копию РНК, что требовало от рибозима двух шагов — сборку комплементарной цепи и осуществления ее обратной транскрипции.
Ученые внесли в рибозим случайные мутации, создав популяцию из 100 триллионов версий РНК-полимераз. Чтобы воспроизвести принцип естественного отбора, исследователи разработали систему, позволяющую выделить только те рибозимы, что были способны к синтезу двух различных и сложных цепей РНК. Последние должны были уметь прочно связываться с конкретными молекулами, что свидетельствовало о точности копирования. Затем начинался новый этап эволюции, в котором в отобранные рибозимы также вносили мутации.
После двадцати циклов один из рибозимов (обозначался как 24-3) мог не только строить две разные цепи из рибонуклеотидов, но и другие сложные молекулы РНК, существующие в природе. Он оказался способен синтезировать до 40 тысяч копий исходной молекулы в течение 24 часов.
Биологи планируют дальнейшие эксперименты, чтобы улучшить работу фермента и дать ему возможность осуществлять как сборку более длинных цепочек РНК, так и собственное копирование.