Autorzy pracy podkreślają, że współczesne komórki opierają swoje funkcjonowanie na skomplikowanej współpracy DNA i białek. DNA przechowuje informację genetyczną, a białka odpowiadają za jej odczyt, replikację i naprawę. Jednak powstaje fundamentalne pytanie: które z tych cząsteczek pojawiły się jako pierwsze? Odpowiedzią na to może być tzw. hipoteza świata RNA, według której to właśnie RNA, cząsteczka zdolna zarówno do przechowywania informacji, jak i katalizowania reakcji chemicznych, była pierwotnym nośnikiem życia.
Jak RNA mogło naprawiać samo siebie?
Zespół badawczy pod kierunkiem Saurji DasGupty, biochemika z Uniwersytetu Notre Dame, we współpracy z badaczami z University of Chicago, Massachusetts Institute of Technology i Harvard University, skoncentrował się na zbadaniu, w jaki sposób pierwotne organizmy mogły chronić i naprawiać swój materiał genetyczny, zanim pojawiły się białka i DNA. Kluczowym elementem tych badań było stworzenie specjalnej cząsteczki RNA, zwanej rybozymem, która potrafi rozpoznawać i naprawiać uszkodzone fragmenty RNA.
Opracowany przez naukowców rybozym działa jak molekularny klej, który potrafi łączyć ze sobą przerwane fragmenty RNA. Co istotne, rybozym ten jest wyjątkowo selektywny, rozpoznaje charakterystyczny znak uszkodzonego RNA, czyli obecność grupy fosforanowej na końcu zerwanego łańcucha. W przeciwieństwie do tego nieuszkodzone nici RNA kończą się grupą hydroksylową. Dzięki tej selektywności rybozym potrafi skutecznie identyfikować i naprawiać tylko te fragmenty, które rzeczywiście wymagają interwencji. Zdaniem naukowców taki mechanizm mógł istnieć już w najwcześniejszych formach życia, umożliwiając naprawę uszkodzeń powstałych na skutek działania czynników środowiskowych, takich jak wysoka temperatura czy zmiany pH. Bez takiego systemu naprawczego każda utrata informacji genetycznej mogłaby prowadzić do wyginięcia pierwotnych organizmów.
Od początków życia do nowych zastosowań w medycynie
Jednym z największych wyzwań w badaniach nad początkami życia jest brak współczesnych organizmów, które opierałyby się wyłącznie na RNA. Aby odtworzyć możliwe scenariusze sprzed miliardów lat, naukowcy wykorzystują metodę sztucznej ewolucji in vitro. Polega ona na selekcjonowaniu spośród bilionów cząsteczek RNA tych, które wykazują pożądane właściwości katalityczne. Proces ten wymaga nie tylko wiedzy, ale i odrobiny szczęścia, nie zawsze udaje się uzyskać oczekiwane rezultaty, a czasem odkrycia są zupełnie nieoczekiwane. Tak było i tym razem. Zespół badawczy początkowo próbował zmodyfikować już znane rybozymy, jednak niespodziewane wyniki eksperymentów skłoniły ich do dalszych analiz, które zaowocowały odkryciem zupełnie nowego mechanizmu naprawy RNA.
Odkrycie nowego rybozymu ma nie tylko fundamentalne znaczenie dla zrozumienia początków życia na Ziemi, ale także otwiera nowe perspektywy w dziedzinie biotechnologii i medycyny. Uszkodzone RNA występuje powszechnie podczas infekcji wirusowych oraz w niektórych nowotworach, jednak standardowe techniki sekwencjonowania RNA nie pozwalają na ich wykrycie. Wynika to z faktu, że chemiczne znaczniki używane w tych metodach nie są w stanie przyłączyć się do końców przerwanych nici RNA. Nowo odkryty rybozym, dzięki swojej selektywności wobec uszkodzonych fragmentów, może umożliwić ich izolację i analizę, co z kolei pozwoli lepiej zrozumieć rolę uszkodzeń RNA w rozwoju chorób. Zespół badawczy już pracuje nad optymalizacją efektywności działania rybozymu oraz poszerzeniem zakresu jego zastosowań.
