Geny kodujące białka to u większości gatunków istot żywych nie więcej niż 2% całego genomu. Z niejasnych dotąd przyczyn większość genomu jest jednak przepisywana do RNA. Najnowsze badania nad genetyką drożdży prowadzone przez niemieckich uczonych zmieniają nasze rozumienie tego procesu.

Europejskie Laboratorium Biologii Molekularnej (EMBL) w Heidelbergu oraz Europejski Instytut Bioinformatyki (EMBL-EBI) w Hinxton były miejscem badań nad genetyką popularnych drożdży. Zespoły biologów pod kierownictwem Larsa Steinmetza i Wolfganga Hubera analizowały dokładnie proces, według którego drożdże generują swoje transkrypcje. Ich wyniki badań – właśnie opublikowane w Nature – całkowicie zaprzeczają dotychczasowej tezie, że transkrypcja działa tylko w jedną stronę.

Do tej pory uważano, że synteza RNA na matrycy DNA przez rozmaite polimerazy zachodzi w jedną stronę – od miejsca zwanego promotorem, do terminatora, tworząc tzw. jednostkę transkrypcji.

Badając wszystkie transkrypcje drożdży, zespoły Steinmetza i Hubera odkryły, że większość regionów genomu tego gatunku tworzy wiele różnych transkrypcji zaczynających się od tego samego promotora. Co więcej, choć wiele powstałych w ten sposób cząstek RNA to molekularne śmiecie, efekt transkrypcyjnego szumu, to jednak wiele innych powstałych w ten nieznany dotąd sposób cząsteczek RNA pełni ważną rolę w komórce – reguluje ekspresję genów i budowanie białek. Co więcej, akty transkrypcji wpływają na siebie nawzajem, modyfikując przetwarzanie innych genów.

Według badaczy, wiele transkrypcji, które nie służą obecnie żadnym celom, może stanowić coś w rodzaju elementów ewolucyjnego laboratorium, dzięki któremu organizmy mogą nabierać nowych cech.

Warto pamiętać, że drożdże należąc do domeny jądrowców (Eucaryota), podlegają praktycznie takim samym mechanizmom genetycznych jak inne zwierzęta, w tym ludzie. Odkrycie niemieckich uczonych będzie miało kolosalne znaczenie dla prac nad regulatorowym RNA – co może nas finalnie doprowadzić do znalezienia lekarstw na rozmaite choroby genetyczne.

Więcej informacji można znaleźć w Nature z 25 stycznia 2009 roku, w artykule pt. Bidirectional promoters generate pervasive transcription in yeast.

Brak powiązanych artykułów.

Od miliardów lat DNA – kwas deoksyrybonukleinowy – przenosi informację genetyczną dla zaawansowanych organizmów, podczas gdy RNA – kwasy rybonukleinowe – uczestniczą w takich procesach jak synteza białek. Jednak DNA to skomplikowana cząsteczka. Większość ewolucjonistów uważa, że niemożliwe jest, by była ona pierwotną „molekułą życia”. Hipoteza Świata RNA mówi, że życie pochodzi z RNA, które funkcjonowało zarówno jako gen i jako enzym, powielając się w pierwotnym oceanie.

Jednak powielanie informacji genetycznej to skomplikowany proces. Dziś bierze w nim udział wiele enzymów, białek i wyspecjalizowanych organelli komórkowych. Jak zatem proste RNA miałoby się replikować, nie mając tego całego zaplecza? Od lat biolodzy przypuszczali, że może istnieć jakiś prostszy sposób kopiowania RNA, wynikający z samego RNA. Nikt jednak nie potrafił go ani znaleźć w przyrodzie, ani przeprowadzić w laboratoryjnych warunkach.

Problemem tym zainteresowała się młoda, pochodząca z Jamajki uczona, Tracey Lincoln. Pod opieką profesora Geralda Joyce’a, dziekana Instytutu Badawczego Scripps, zajęła się tzw. ewolucją in vitro. Jej praca polegała na wzięciu enzymów RNA tworzonych w laboratorium, które były w stanie dokonać podstawowych replikacji, a następnie udoskonaleniu ich do takiego stopnia, aż będą w stanie samodzielnie się powielać.

W tym celu, po zsyntetyzowaniu odpowiednio dużej populacji wariantów enzymu, zostały one poddane procedurze mutacji i selekcji, w poszukiwaniu tych, które najlepiej radzą sobie z łączeniem elementów RNA. Po kilkuset pokoleniach pojawił się enzym, który jest w stanie powielać się w nieskończoność.

Nieśmiertelna informacja

Dokładnie rzecz biorąc, replikujący się system składał się z dwóch enzymów – a każdy z nich z dwóch podjednostek. Enzymy działały na siebie jak katalizatory, skłaniające się wzajemnie do syntetyzowania swoich replik. Proces ten zachodził cyklicznie – pierwszy enzym wiązał dwie podjednostki tworzące drugi enzym i łączył je ze sobą, by stworzyć nową kopię drugiego enzymu, podczas gdy drugi enzym robił to samo z podjednostkami pierwszego enzymu. Taka współbieżna replikacja potrzebuje tylko niewielkiej ilości obu enzymów i stałego dopływu podjednostek, by działać bez końca.

To jednak badaczom nie wystarczyło. Zaczęli tworzyć kolejne pary enzymów o podobnych własności. Po zmieszaniu 12 współbieżnie replikujących się enzymów i odpowiedniego zapasu ich podjednostek w jednym naczyniu, pozwolili im uczestniczyć w darwinowskich wręcz zmaganiach o przetrwanie. Zazwyczaj enzymy replikowały się poprawnie, jednak bywały sytuacje, w których jeden z enzymów „mylił się” i wykorzystywał podjednostkę z innych replikujących się enzymów. Co najbardziej fascynujące, większość w ten sposób rekombinowanych enzymów również była zdolna do samodzielnej replikacji – aż wreszcie najlepsze replikatory zdominowały mieszaninę.

System taki jest w stanie przenosić i zachowywać molekularnie zakodowaną informację i zmieniać ją w procesie, który jest ucieleśnieniem darwinowskiej ewolucji. Jak powiedziała Lincoln: „To co mamy nie jest żywe, ale ma niektóre własności podobne życiu”. To ciężka pigułka do przełknięcia dla kreacjonistów – czy trzeba lepszego dowodu na to, że mechanizmy ewolucyjne są w stanie tworzyć nowe jakości?

Początki (sztucznego) życia?

Według badaczy ich odkrycie pokazuje, jak mogły wyglądać mechanizmy, które zapoczątkowały życie. Oczywiście nie sposób ustalić, jak faktycznie to wyglądało w złożonym chemicznie środowisku praoceanu – dlatego biolodzy poszukują odpowiedzi na powiązane z tym pytanie: jak stworzyć sztuczne życie w laboratorium? „Nie chcemy przewijać do tyłu taśmy, lecz to co odkryliśmy, może powiedzieć nam jak rozpocząć prace nad emergencją życia w warunkach laboratoryjnych” – stwierdziła Tracey.

Czym jest życie zatem i kiedy badacze uznają, że mają do czynienia z żywą strukturą? Profesor Joyce stwierdził, że za żywy będzie mógł uznać dopiero taki system, który będzie posiadał możliwość samodzielnego wyewoluowania nowych funkcji. „Pukamy do tych drzwi – ale jeszcze tego nie osiągnęliśmy” – podsumował biolog. Wyjaśnił, że podjednostki użyte do samonapędzającej się replikacji wspomnianych enzymów RNA są złożonymi obiektami, składającymi się z wielu nukleotydów. Tak złożonych obiektów nie można było spotkać w praoceanie. Mimo to badania pokazują, że bazujące na RNA życie jest w zasadzie możliwe, co wyjątkowo uprawdopodabnia hipotezę Świata RNA.

Praca badaczy zostanie wkrótce opublikowana w artykule pt. Self-sustained Replication of an RNA Enzyme w piśmie Science.

Brak powiązanych artykułów.