Молекула РНК, получившая название Quite Tiny 45 (QT45), продемонстрировала способность к самовоспроизведению, предоставив ученым важное подтверждение гипотезы мира РНК. Согласно этой гипотезе, именно рибонуклеиновые кислоты послужили катализатором эволюции и возникновения жизни на Земле. Понимание того, как из простых химических компонентов образовались сложные живые организмы, остается одной из самых сложных задач, над которой ученые работают на протяжении длительного времени. Долгое время существовало возражение против гипотезы мира РНК, заключавшееся в том, что молекулы РНК, способные к самокопированию и, как следствие, к зарождению жизни, слишком объемны и сложны для случайного возникновения.
QT45 – полимеразный рибозим, тщательно изученный специалистами из Лаборатории молекулярной биологии Совета по медицинским исследованиям Великобритании. Эта РНК обладает способностью выступать в роли фермента, ускоряя химические процессы и содействуя формированию молекул в соответствии с генетическими инструкциями. Исследователи продемонстрировали, что данная молекула достигла почти полного уровня саморепликации: она воспроизводит свою комплементарную цепь (которая является зеркальным отражением исходной молекулы РНК), а затем применяет эту цепь для создания собственной копии в ходе отдельной реакции. Хотя это и не является полным самовоспроизведением, показано выполнение двух ключевых этапов этого процесса, каждый из которых реализован независимо. При этом, особенно значимо, что эти процессы происходят в молекуле, достаточно малой и простой, чтобы она могла существовать на ранних этапах развития жизни. Как только генетический материал обретает возможность самокопирования, появляется потенциал для возникновения жизни.
По словам биохимика Эдоардо Джанни, сотрудника Лаборатории молекулярной биологии MRC, данная работа позволяет лучше понять, какими могли быть начальные стадии возникновения жизни, и расширяет наши знания о базовых молекулах, являющихся основой всех живых организмов. В настоящее время РНК выполняет функцию саморепликации, ранее возложенную на белки. Ученые ранее уже продемонстрировали способность молекул РНК к самокопированию, однако до настоящего времени эти молекулы, полученные в лабораторных условиях, были слишком крупными и сложными, чтобы реалистично образоваться в условиях первобытного бульона.
Для разработки упрощенной и компактной версии QT45 ученые сформировали специально подготовленные, сильно охлажденные небольшие объемы жидкости. В этих объемах содержался триллион случайных и очень коротких цепочек РНК. Целью исследования было выяснить, сможет ли какая-либо из этих комбинаций продемонстрировать способность к репликации и соединению строительных элементов РНК. В результате нескольких циклов тестирования и совершенствования была создана QT45. Последующие исследования и эксперименты выявили, что при оптимальных условиях эта молекула РНК может самостоятельно воспроизводить себя (за 72 дня), а также создавать другие РНК-шаблоны растущей сложности. Эта особенность и универсальность представляют значительный интерес для теории возникновения жизни, основанной на РНК.
Джанни утверждает, что четкое определение небольшой РНК существенно повышает вероятность гипотезы о спонтанном возникновении самовоспроизводящейся РНК. Благодаря своим небольшим размерам, она способна полностью скопировать себя вместе с шаблоном, в отличие от более ранних исследований, где осуществлялось копирование лишь фрагментов. Несмотря на то, что полная саморепликация пока не реализована, QT45 продемонстрировала возможность выполнения двух наиболее сложных этапов. Тем не менее, для воссоздания полного цикла, аналогичного естественному, ученым по-прежнему необходимо использовать некоторые приемы лабораторной работы.
В дальнейших разработках ученые намерены повысить скорость и эффективность процесса копирования QT45, поскольку на текущем этапе для получения даже небольшого объема материала требуется значительное время. Несмотря на возникающие сложности, мы существенно приблизились к раскрытию механизмов зарождения жизни и проверке гипотезы о мире РНК. Полученные результаты также имеют большое значение для поиска внеземной жизни. Когда ученые полностью выяснят, какие факторы привели к появлению жизни из простых химических соединений на Земле, им будет легче идентифицировать подобные процессы на других планетах и спутниках. Джанни отмечает, что, помимо научного значения, это открытие позволяет оценить вероятность самозарождения жизни и возможность протекания аналогичных процессов в других мирах.