Американские биохимики смогли повторить процесс появления первых «протоклеток» на заре развития жизни на Земле, поместив несколько коротких последовательностей РНК в полимерную оболочку, огораживающую живой организм от внешней среды, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Chemistry.

По общепринятой на сегодня теории «РНК-мира», роль белков и ДНК в первых живых организмах на земле играли молекулы РНК. В последствие клеточными процессами стали управлять цепочки аминокислот – белки – а роль хранилища генетической информации заняла ДНК.

В последние годы ученые экспериментируют с различными короткими молекулами РНК, пытаясь воспроизвести процесс зарождения жизни в лаборатории.

«Одной из недостающих деталек загадки так называемого РНК-мира является компартментализация. Само существование молекул, составляющих основу РНК, недостаточно для зарождения жизни – необходимо, чтобы эти "кирпичики» плавали не в свободном пространстве, а в огороженной от внешнего мира среде. Этот «загон» должен быть достаточно небольшим, чтобы молекулы не успели разбежаться до завершения химической реакции", – пояснил руководитель группы химиков Филип Бевилаккуа (Philip Bevilacqua) из университета штата Пенсильвания в городе Юниверсити Парк (США).

Бевилаккуа и его коллеги изучали химические свойства молотообразных рибозим – коротких РНК, способных копировать себя при наличии подходящего строительного материала. Как правило,

самокопирование РНК не происходит вне живых клеток, так как вне клетки отсутствуют благоприятные условия среды для реакции и достаточное количество нуклеотидов – молекул-«кирпичиков» ДНК и РНК.

Авторы статьи попытались устранить этот недостаток, изготовив набор из нескольких замкнутых оболочек разных размеров из двух полимеров – полиэтиленгликоля и декстрана. Искусственные «клетки» из этих веществ хорошо пропускают молекулы воды и другие небольшие соединения, но удерживают внутри относительно длинные и крупные молекулы РНК.

Ученые ввели несколько молекул рибозим и подходящий набор из нуклеотидов в эти оболочки и проследили за тем, как менялось количество молекул РНК внутри них.

Оказалось, что

при достаточно небольших размерах «клетки» в ней начинали происходить химические реакции с участием молекул РНК.

По расчетам биохимиков,

количество рибозим в самых небольших клетках увеличилось в три тысячи раз до остановки эксперимента. При этом в «клетках» происходила своеобразная сортировка – короткие и химически инертные РНК постепенно выбрасывались, а крупные и активные молекулы оставались в ее пределах.

«Мы считаем, что наше исследование открыло один из примитивнейших методов сортировки молекул. И если ранние протоклетки были действительно похожи на нашу химическую модель, то в таких клетках длинные, "полезные» РНК оставались бы внутри организма, тогда как короткие РНК, химически инертные или замедляющие реакции, были бы отсеяны", – пояснил Бевилаккуа.

Как считают авторы статьи,

им удалось продемонстрировать то, как могли появиться простейшие РНК-организмы в первичном океане Земли. В своих следующих работах Бевилаккуа и его коллеги планируют найти более реалистичный материал для оболочки, близкий по химическому составу к реальным клеточным стенкам.