بازسازی پیوند اولیه میان RNA و اسیدهای آمینه

01

از 03

چالشی قدیمی در پیدایش حیات

دانشمندان از دهه ۱۹۷۰ در تلاش بوده‌اند تا دریابند پروتئین‌ها و RNA چگونه برای نخستین‌بار در زمین اولیه به هم پیوند خوردند. پروتئین‌ها ابزارهای عملکردی حیات هستند و RNA دستورالعمل ساخت آنها را حمل می‌کند. اما پیوند ابتدایی این دو مولکول حیاتی، تا امروز یک معمای حل‌نشده باقی مانده بود.

دکتر متیو پاونر، پژوهشگر ارشد این مطالعه گفت: «این پژوهش گامی مهم در درک چگونگی آغاز سنتز پروتئین است و نشان می‌دهد RNA چگونه توانسته است کنترل ساخت پروتئین‌ها را به دست گیرد.»

02

از 03

چگونگی بازسازی اتصال RNA و اسیدهای آمینه

پروتئین‌ها در بدن ما توسط ریبوزوم ساخته می‌شوند؛ دستگاهی پیچیده که دستورهای RNA را می‌خواند و اسیدهای آمینه را به هم وصل می‌کند. اما پژوهشگران دانشگاه UCL توانستند مرحله‌ ابتدایی این فرایند را با استفاده از مواد ساده، در آب و در شرایط طبیعی (بدون اسید یا باز بودن محیط) شبیه‌سازی کنند.

این واکنش نه‌تنها خودبه‌خودی و انتخابی بود، بلکه نشان می‌دهد چنین فرایندی می‌توانست به‌طور طبیعی در شرایط زمین اولیه رخ دهد.

تلاش‌های قبلی برای اتصال اسیدهای آمینه به RNA به ترکیباتی بسیار واکنش‌پذیر متکی بود، که در آب به سرعت تخریب می‌شدند. اما پژوهشگران UCL با الهام از زیست‌شناسی، از رویکردی ملایم‌تر استفاده کردند، که فعال‌سازی اسیدهای آمینه با ترکیباتی به نام تیواسترها بود.

تیواسترها ترکیباتی پرانرژی هستند که امروزه نیز در بسیاری از فرایندهای زیستی نقش کلیدی دارند و مدت‌ها است که به‌ عنوان یکی از منابع انرژی شیمیایی حیات اولیه مطرح شده‌اند.

پژوهشگران برای ساخت تیواستر، اسیدهای آمینه را با پانتتئین ترکیب کردند؛ پانتتئین یک مولکول دارای گوگرد است. جالب اینجا است که قبلاً نشان داده شده بود پانتتئین می‌تواند در شرایطی شبیه زمین اولیه (یعنی زمانی که هنوز زندگی شکل نگرفته بود) به‌ طور طبیعی به‌وجود بیاید. این یعنی ساخت تیواستر ممکن است در دوران آغازین حیات هم امکان‌پذیر بوده باشد.

03

از 03

گامی به‌سوی رمزگشایی ژنتیکی

زمانی که اسیدهای آمینه روی RNA قرار گرفتند، توانستند به هم وصل شوند و زنجیره‌های کوچکی به نام پپتید بسازند، که در واقع مواد اولیه‌ تشکیل‌دهنده‌ پروتئین‌ها و پایه‌های اصلی زندگی هستند. نکته‌ جالب اینجا است که اسید آمینه‌ای که در این واکنش شرکت کرد، از تیواستری ساخته شده بود، که خود آن از کوآنزیم A مشتق شده است؛ مولکولی که امروزه در همه‌ سلول‌های زنده وجود دارد و نقش مهمی در سوخت‌وساز بدن ایفا می‌کند.

فرض کنید روزی دانشمندان بتوانند از مواد ساده، ساختارهایی بسازند که خود را تکثیر کنند. چنین پیشرفتی می‌تواند کلید حل یکی از بزرگ‌ترین رازهای علمی باشد؛ اینکه زندگی چگونه روی زمین آغاز شد.

اتصال RNA و اسیدهای آمینه به احتمال زیاد در حوضچه‌ها یا دریاچه‌های کم‌عمق زمین اولیه رخ داده‌اند؛ جایی‌که مولکول‌ها می‌توانستند به اندازه کافی غلیظ شوند و با یکدیگر برهم‌کنش کنند.

پژوهشگران برای بررسی دقیق واکنش‌های بسیار کوچک در این مطالعه، از دو روش پیشرفته استفاده کردند:

• طیف‌سنجی جرمی
•  تصویربرداری با رزونانس مغناطیسی

 این پروژه با حمایت مالی چند نهاد علمی معتبر از جمله انجمن سلطنتی بریتانیا، بنیاد سیمونز و شورای تحقیقات علوم مهندسی و فیزیک (EPSRC) انجام شد.