Μια νέα μελέτη δείχνει ότι η διαφορά ανάμεσα στο RNA και το DNA δεν είναι απλώς μια λεπτομέρεια της μοριακής βιολογίας. Μια μικρή χημική ομάδα στο σάκχαρο του RNA μπορεί να βοηθά τα μόρια να συγκεντρώνονται σε σταγόνες και να σχηματίζουν πιο ανθεκτικές δομές, σε συνθήκες που θυμίζουν τον πρώιμο πλανήτη.
Το «δίλημμα» πριν από τα κύτταρα
Πριν εμφανιστούν οι κυτταρικές μεμβράνες, το RNA θα έπρεπε να βρίσκει τρόπο να συναντά άλλα μόρια, να παραμένει αρκετά σταθερό και να πραγματοποιεί χημικές αντιδράσεις. Χωρίς έναν κλειστό χώρο, τα μόρια θα ήταν διάσπαρτα σε ένα θερμό και χημικά απαιτητικό περιβάλλον.
Μια πιθανή λύση είναι τα συμπυκνώματα: μικρές, υγρές σταγόνες χωρίς μεμβράνη, μέσα στις οποίες το RNA συγκεντρώνεται. Οι σταγόνες δεν είναι κύτταρα, όμως θα μπορούσαν να αυξήσουν τις πιθανότητες αλληλεπίδρασης και να προσφέρουν κάποια προστασία.
Δέκα βαθμοί κάνουν τη διαφορά
Η ομάδα του Πανεπιστημίου του Μπάφαλο συνέκρινε RNA με μονόκλωνο DNA που είχε ουσιαστικά τις ίδιες αλληλουχίες. Στα πειράματα, το RNA άρχισε να σχηματίζει σταγόνες σε θερμοκρασίες περίπου 10 βαθμούς Κελσίου χαμηλότερες από το αντίστοιχο DNA.
Οι ερευνητές παρατήρησαν επίσης ότι τα συμπυκνώματα του RNA σχημάτιζαν ευκολότερα συνδεδεμένα δίκτυα. Καθώς τα δίκτυα αναπτύσσονταν, οι σταγόνες μπορούσαν να μετακινηθούν από μια πιο ρευστή κατάσταση σε μια πιο σταθερή, σχεδόν σαν τζελ. Αυτό ενδέχεται να είχε σημασία για την προστασία εύθραυστων μορίων σε δύσκολες συνθήκες.
Ο ρόλος της ομάδας 2′-OH
Η βασική χημική διαφορά βρίσκεται στο σάκχαρο κάθε μορίου. Το RNA διαθέτει μια ομάδα υδροξυλίου στη θέση 2′, γνωστή ως 2′-OH, ενώ το DNA δεν διαθέτει το αντίστοιχο άτομο οξυγόνου.
Με μικροσκοπία ελεγχόμενης θερμοκρασίας, σκέδαση ακτίνων Χ μικρής γωνίας και προσομοιώσεις μοριακής δυναμικής, οι ερευνητές εκτίμησαν ότι η 2′-OH ενισχύει την αλληλεπίδραση του RNA με ιόντα μαγνησίου. Το RNA φαίνεται επίσης να συγκρατεί λιγότερα μόρια νερού γύρω από τον σκελετό του από ό,τι το DNA. Ο συνδυασμός αυτών των διαφορών διευκολύνει την προσέγγιση των μορίων και τη συναρμολόγησή τους.
Ένα πρόσθετο πείραμα ενίσχυσε την εικόνα. Όταν η ομάδα 2′-OH τροποποιήθηκε χημικά σε 2′-O-methyl, το RNA έχασε μέρος της τάσης του να σχηματίζει συμπυκνώματα και άλλαξε η πιθανότητα μετάβασης από ρευστή σε πιο «παγωμένη» δομή.
Τι σημαίνει για την προέλευση της ζωής
Τα ευρήματα ταιριάζουν με την υπόθεση του «κόσμου του RNA», σύμφωνα με την οποία το RNA μπορεί να είχε κεντρικό ρόλο πριν επικρατήσουν το DNA και οι πρωτεΐνες. Το μόριο μπορεί να αποθηκεύει πληροφορία και να συμμετέχει σε χημικές αντιδράσεις, άρα η ικανότητά του να οργανώνεται σε μικρούς χώρους είναι ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα.
Ωστόσο, η μελέτη δεν αποδεικνύει ότι τέτοιες σταγόνες οδήγησαν στη ζωή. Δείχνει έναν πιθανό μηχανισμό συγκέντρωσης και προστασίας μορίων, ενώ το πώς θα μπορούσαν να διατηρήσουν αυτοτελείς αντιδράσεις ή να εξελιχθούν σε πραγματικά κύτταρα παραμένει ανοικτό ερώτημα.
Το επόμενο βήμα των ερευνητών είναι να σχεδιάσουν σταγόνες RNA που θα εκτελούν βασικές βιοχημικές λειτουργίες. Αν αυτό καταστεί εφικτό, θα προσφέρει ένα χρήσιμο εργαστηριακό μοντέλο για τη μελέτη της μετάβασης από απλές χημικές ενώσεις σε οργανωμένα, δυναμικά συστήματα.