Ученые приближаются к созданию искусственной жизни

Молекула тПНК (тиоэфир пептид нуклеиновая кислота) способна при соединении с другими молекулами спонтанно подражать форме ДНК и РНК. Отдельно молекулы собираются в изменяющиеся нити, способные трансформироваться в устойчивые конфигурации.

Молекулы пока еще не имеют возможности самовоспроизведения, которая является показателем жизни, но она близка к этому. Что ещё лучше, её создание не требует никаких ферментов, молекул облегчающих химические реакции, которых не существовало в исконном мире.

“Существовало множество пробирочных экспериментов по развитию химических последовательностей, однако не было системы, которая могла бы самостоятельно сформироваться без участия ферментов, - рассказывает Реза Гхадири, биохимик из научно-исследовательского института Скриппса создавший тПНК. – Наша молекула удовлетворяет некоторым требованиям долгосрочной цели по созданию химической системы способной к прохождению дарвинистской эволюции”.

Среди соавторов молекулы тПНК также числится Лесли Оргел, биохимик, впервые выдвинувший гипотезу о том, что ДНК эволюционировала из РНК - простой информационной молекулы, которая в наши дни формирует геномы вирусов и облегчает изготовление белка в клетках.

Широко принятая среди ученых гипотеза мира РНК требует признания нескольких критических шагов, которые были относительно удовлетворительно объяснены учёными совсем недавно. Один такой шаг - формирование химических предшественников РНК. Другой шаг применяет накопление предшественников в РНК, которая, несмотря на свою относительную простоту, сопротивлялась попыткам синтеза в исконных условиях.

В эксперименте, результаты которого были изданы несколько недель назад в журнале Nature, цикл испарения и конденсации дистиллировал соединение первичных химикатов в несколько ключевых компонентов РНК, что обеспечило ответ на проблему формирования предшественника РНК. И тПНК может осветить то, как из этих компонентов появилась РНК.

“Это мир, который существовал перед РНК. Имеется гипотеза гласящая, что РНК настолько сложна, поэтому, скорее всего она возникла не на пустом месте, -  рассказывает соавтор этого исследования Люк Леман (Luke Leman), биохимик из научно-исследовательского института Скриппса. - Таким образом, мы нуждаемся в некоторой более примитивной генетической системе, с которой игралась природа, прежде чем решилась переработать её в РНК”.

Учёные и ранее пытались создать прото-генетический материал, однако их усилия оказались тщетными, так как их работы основывались на усилении химической реакции ферментами, которые вероятно не существовали в условиях молодой Земли. Все эти эксперименты предполагали, что РНК собиралась бы блок за блоком, каждый блок являлся бы полностью самодостаточной частью.

Вместо этого Гхадири искал полный химический остов, к которому могли бы присоединяться нуклеиновые основания  — A, T, Ц и Г. Вместо использования остова из сахара и фосфата найденного в РНК и ДНК учёный идентифицировал пептид - маленькую молекулу, составленную из первородных аминокислот, которая также функционировала как остов.

“С точки зрения предбиотической химии это концептуально новый способ формирования генетического полимера”.

Нуклеиновые основания автоматически придерживались бы пептида, свободно отделяясь и присоединяясь до тех пор, пока не будет создана стабильная система. При смешивании в воде при комнатной температуре с единичными цепочками ДНК или РНК, молекулы тПНК выстраивают себя в дополнительные цепочки, возможно отражая возможную способность таких генетических материалов по дублированию.

Тем не менее Гхадири предостерёг, что тПТК не должна рассматриваться в качестве прямого аналога ранней жизни, пока это просто демонстрация правдоподобия подобной системы. “Если эти типы молекул в некоторый момент собираются эволюционировать к миру РНК, то они должны иметь пересекающиеся взаимодействия и быть способными к взаимодействию с РНК, - рассказывает он. - Мы продемонстрировали оба эти свойства”.

Биолог Антонио Лазкано из национального автономного университета Мехико назвал работу синтетическим прорывом биологии, и тоже повторил предупреждение по поводу того, что химические мосты между предком РНК и миром РНК “полностью неизвестны и могут быть только предположены”.

По мнению  Джона Сузерланда, химика из университета Манчестера, новое исследование, важно не столько в плане обеспечении возможности проникновения в суть, сколько в плане содействия возможному созданию жизни в лаборатории.

“Эта важная и очень инновационная работа потенциально может раскрыть тайну происхождения жизни, - считает Сузерланд. - Возможность того, что люди могли придумать альтернативную биологию, превосходящую ту, что произвела нас, просто сногсшибательна”.

Исследователи не останавливаются на достигнутом и продолжают искать другие типы пептидных остовов, которые могли бы поддерживать более сложные и устойчивые генетические структуры.

“Следующая фаза должна показать, способны ли эти молекулы к саморазмножению, - рассказывает Гхадири. – На это уйдёт ещё два или три года работы”.

На вопрос, когда из инертной химической смеси будет сотворена синтетическая жизнь, Гхадири отвечает, “Скоро. Если не в нашем поколении, то в следующем. Не дольше”.

По материалам журнала Wired