Wissenschaftler aus den USA und Südafrika haben gezeigt, dass sich kurze RNA-Nukleotidketten spontan miteinander verbinden können, um große Moleküle zu bilden. Diese Fähigkeit ist notwendig für das Auftreten von Verbindungen mit enzymatischer Aktivität, die genetische Informationen speichern, in der Primärbrühe. Der Artikel der Forscher wurde in der Zeitschrift Royal Society Open Science veröffentlicht.
Nach der Hypothese der RNA-Welt waren die Vorläufer lebender Zellen Enzymmoleküle (Ribozyme), die sich selbst kopieren (replizieren) konnten. Es ist bekannt, dass solche Verbindungen groß und komplex sind. Sie sollten aus kleineren Molekülen durch einen als Ligation bezeichneten Prozess gebildet werden, bei dem zwei Nukleotidketten an ihren Enden verbunden sind. Eine solche Reaktion wird jedoch von einer separaten Gruppe von Enzymen (Ligasen) durchgeführt, so dass die RNA-Welt ohne die Anwesenheit von Ribozymen, die ihre eigene Ligation liefern, unmöglich wäre.
Die Forscher verwendeten eine komplexe Ribozym-RNA-Polymerase R18 als Forschungsobjekt. Dieses große Molekül hat zwei aktive Stellen. Einer von ihnen führt eine Polymeraseaktivität aus, dh er synthetisiert ein RNA-Molekül aus Nukleotiden, der andere ist ein Ligasekern. Die Spezialisten entfernten verschiedene Fragmente aus dem Ribozym und erhielten eine Reihe kleiner Ketten, die alle ein Ligationszentrum hatten. Letztere sowie die vollständige R18-Polymerase wurden in eine Umgebung gebracht, die andere kleine RNA-Moleküle (Substrate) enthielt.
Wissenschaftler haben die Fähigkeit von Molekülen zur Selbstligierung untersucht. R18 zeigte eine sehr geringe Aktivität, aber der kleinste Strang (R18-T4) band eine Vielzahl von RNA-Molekülen an sich. Mit zunehmender Kettenlänge nahm die Ligaseaktivität ab und das Molekül konnte nur an bestimmte Substrate binden. Experten zufolge erhalten Ribozyme auf diese Weise die für Enzyme in lebenden Zellen charakteristische Spezifität.
Die Ergebnisse der Studie zeigten, dass in den frühen Stadien der RNA-Welt große Moleküle durch die Fusion von Ligasen mit verschiedenen kleinen Ribonukleinketten auftraten. Anfangs konnten solche Verbindungen enzymatische Funktionen wie das Selbstkopieren nicht effektiv ausführen, aber sie hatten bereits Spezifität für bestimmte Substrate. Im Laufe der molekularen Evolution hat ihre Replikationsfähigkeit zugenommen.
