Muna või kana? Teadlased kergitasid loori saladuselt, kuidas sai tekkida elu

Mis oli kõigepealt? Foto: Shutterstock

​See on ülim kana-muna mõistatus — mis oli esimesena? Elu ei toimi ilma tillukeste molekulaarmasinateta, mida nimetatakse ribosoomideks ja mille ülesanne on geene valkudeks tõlkida. Kuid ribosoomid ise on valmistatud valkudest. Kuidas siis esmakordselt elu tekkis?

Teadlased võivad olla astunud esimese sammu selle mõistatuse lahendamise suunas, vahendab Science. Nad näitasid, et RNA molekulid võivad iseseisvalt «kasvatada» lühikesi valke, mida nimetatakse peptiidideks – ribosoomi pole vaja. Veelgi enam, see keemiline protsess toimib tingimustes, mis esinesid tõenäoliselt ammustel aegadel Maa peal.

«See on oluline edasiminek,» ütleb Strasbourgi ülikooli keemik Claudia Bonfio, kes ei ole teadustööga seotud. Ta ütleb, et uuring annab teadlastele nägemuse peptiidide tekke kohta.

Elu päritolu uurivad teadlased on pikka aega pidanud RNA-d keskseks teguriks, kuna see võib kanda nii geneetilist teavet kui tagant tõugata vajalikke keemilisi reaktsioone. Tõenäoliselt oli see meie planeedil olemas enne elu arenemist. Kuid tänapäevase elu tekkimiseks oleks RNA pidanud kuidagi «õppima» valkude ja lõpuks ribosoomide moodustamise. «Praegu kukub ribosoom lihtsalt taevast alla,» ütleb Müncheni Ludwig Maximiliani ülikooli keemik Thomas Carell.

Vihje mõistatuse lahendamiseks tuli varasemast laboriuuringust. 2018. aastal püüdsid Carell ja tema kolleegid mõista, kuidas RNA neli «kanoonilist» ehk range korrapäraga ehitusplokki võisid moodustuda lihtsamatest molekulidest. Rakkudes moodustavad need RNA ehitusplokid – guaniin, uratsiil, adeniin ja tsütosiin – messenger RNA (mRNA) geneetilised tähed, mida ribosoomid loevad ja niiöelda tõlgivad valkudeks. Kuid ka teised «mittekanoonilised» RNA ehitusplokid, mis ei kuulu reeglipäraste kanooniliste hulka, on tänapäevastes rakkudes üldlevinud, täites mitmesuguseid rolle. Näiteks stabiliseerides kanooniliste RNA-de ja «ülekande-RNA-de» vahelist seondumist, mis aitab ribosoomidel mRNA geneetilist koodi valkudeks muuta.

Carell ja tema kolleegid märkasid, et osa neist mittekanoonilistest RNA-dest võidi sünteesida lihtsatest molekulidest. Nad näitasid, et mõned mittekanoonilised ehitusplokid võivad seonduda aminohapetega, valkude ehitusplokkidega, suurendades nende peptiidideks sidumise võimalust.

Nüüd teatas Carelli meeskond, et paar mittekanoonilist RNA ehitusplokki suudab just seda teha. Protsess algas RNA ehitusplokkide ahelate paaridega, mis täiendavad üksteist, võimaldades üksteist ära tunda ja seonduda.

Teadurid lisasid esimese ahela, mida nimetatakse doonorahelaks, ühte otsa mittekanoonilise RNA alusosa, mida nimetatakse t6A-ks, ja mis on võimeline siduma aminohapet. Teise RNA ahela, mida nimetatakse aktseptorahelaks (vastuvõtja), lõppu lisasid nad veel ühe mittekanoonilise RNA alusosise nimega mnm5U.

Carelli meeskond leidis, et kui komplementaarsed doonor- ja aktseptor-RNA ahelad seondusid, haaras mnm5U nii-öelda kinni t6A aminohappest. Lisades veidi kuumust, lasi t6A sellest lahti ja andis oma aminohappe ära mnm5U-le ning komplementaarsed ahelad eraldusid ja triivisid lahku.

Kuid protsess võib korduda. Teine doonorahel, mis kannab teist aminohapet, võib seejärel seonduda aktseptorahelaga ja anda ära oma aminohappe. Protsessi käigus võivad tekkida kuni 15 aminohappe pikkused peptiidahelaid, teatab meeskond ajakirjas Nature.

Carell ja tema kolleegid avastasid ka, et kui mittekanooniliste RNA osiste paare sisaldavad komplementaarsed RNA ahelad seonduvad omavahel, tugevdavad algselt jagatud aminohapped kahe RNA ahela sidet. Bonfio sõnul võis peptiidide ja RNA-de moodustumine maailma algusaegadel olla sünergiline: RNA-d võisid aidata moodustada peptiide ja peptiidid stabiliseerida ja moodustada üha pikemaid RNA-sid.

Tema ja Carell ütlevad, et sellest sünergiast oleks võinud tekkida väga palju erinevaid RNA-sid, peptiide ja nende kahe kombinatsioone, mis oleks võinud tekitada eluks vajaliku «keerulise keemia» – seda kõike ilma ribosoomideta.

Carell tunnistab, et töö on vaid «esimene hüppelaud». Teadlased peavad endiselt näitama, kuidas RNA ahelad – mis sisaldavad kanoonilisi ehitusplokke või muud – võisid välja valida konkreetsed aminohapped, mis on vajalikud tegelike valkude jaoks. Kuid kui hüppelaud on paigas, on elu päritolu uurijatel suund, kust edasi otsida.