Протопроглоты

Сотрудник Гарвардской медицинской школы и Массачусетского технологического института Ирен А. Чэнь создала систему, имитирующую живую клетку. В итоге искусственная клетка получилась совсем живой.

Как пишет автор работы, опубликованной 8 декабря в Science, система очень простая. Она состоит из плавающих в физрастворе биологических мембран, образующих пузырьки-везикулы одинакового размера. В часть таких везикул Чэнь поместила молекулы РНК.

Система пришла в движение: везикулы, в которых находилась РНК, начали расти

Как отмечает автор работы, они не просто наполнялись водой. Такое поведение везикул было бы вполне логичным, так как присутствие молекулы РНК внутри пузырька увеличивает осмотическое давление. Как утверждает Чэнь, РНК-везикулы поглощали свободные мембраны и встраивали их в себя.

В итоге почти четверть свободных везикул поглотили РНК-содержащие.

Как говорит Чэнь, поверхность раздувшихся протоклеток стала «нестабильной», то есть легко меняла форму. И если бы внутри такой протоклетки произошло удвоение РНК, то и сама клетка вполне могла бы разделиться на две. Проверить это она собирается в следующих экспериментах.

Происхождение жизни, как и другие аспекты биологической эволюции, всегда волновало учёных. До сих пор наверняка не известно, как происходило формирование живой клетки, хотя ещё в школе мы сталкивались с таким понятием, как коацерватная капля (мембранный пузырёк, содержащий белки).

После статьи 1953 года Уотсона и Крика, в которой они установили структуру двойной спирали ДНК, все сразу решили, что понимают, как кодируется генетическая информация. Можно сказать, что это понимание стало догмой: вся информация записана в ДНК, оттуда она переписывается в РНК, а из неё – в белок. То есть и ДНК, и РНК несут информативную функцию. Однако советские учёные Андрей Белозёрский и Александр Спирин при изучении бактерий данную догму опровергли. Они выяснили, что, несмотря на сильное различие в нуклеотидной последовательности ДНК у разных бактерий, строение их РНК более или менее одинаково.

Отсутствие строгой корреляции показало, что у РНК есть и другие функции. В частности, она способна работать как фермент, то есть РНК сама катализирует процессы собственного изменения.

Развитие этой мысли и привело учёных к идее так называемого РНК-мира. Так, Сидни Олтмен из Йельского университета показал, что один из ферментов, специфическим образом разрезающий РНК, состоит из белковой части и из РНК. К такому же выводу пришла Анна Петрова из Института биохимии имени Баха при работе с амилазой. А в самом начале 80-х годов XX века преподаватель Университета Колорадо (Боулдер) Томас Чек показал, что есть РНК, которые могут сами себя разрезать, удалять из середины некий фрагмент, а затем сшиваться. Чек назвал такие молекулы рибозимами.

И именно эти работы стала полноценным доказательством ферментативной активности у РНК (за свои труды Чек и Олтмен в 1989 году получили Нобелевскую премию по химии).

Молекулы РНК могут рекомбинироваться (обмениваться участками друг с другом), то есть фактически эволюционировать и образовывать целые колонии. Более того, показано, что существуют ферменты, которые могут вырастить такие колонии. Возможно (с учётом ферментативной активности РНК), есть и РНК, которые способны на такое взращивание. То есть на самокопирование.

Правда, пока такая колония находится в комфортных условиях (грубо говоря, в первичном бульоне), ей развиваться смысла нет. А вот если она окажется на пересыхающем участке с несколькими другими колониями, то для выживания ей периодически придётся бороться с соседями. И тогда после повторного заполнения водой воспроизводиться начнут уже не все, а сильнейшие. То есть налицо эволюция и естественный отбор.

Правда, как отмечают руководители комплексной программы РАН «Происхождение и эволюция биосферы» академики Добрецов и Заварзин, само по себе самовоспроизведение ещё не является признаком живого, так как такой способностью обладают даже кристаллы.

Однако самоизменение – уже свойство живой структуры.

<4>Открытие каталитических свойств РНК привело к множеству последствий. Во-первых, сразу упростилась возможная схема зарождения жизни. Во-вторых, учёные начали искать причины множества генетических заболеваний не в ДНК, а в РНК. В-третьих, после расшифровки генетического когда человека стало ясно, что около 10 тысяч генов ДНК человека кодируют РНК, которые ни в какие белки не превращаются, а существуют в организме сами по себе. И, каковы их функции, ещё предстоит разобраться биохимикам.

Главный же вывод теории РНК-мира в том, что главная молекула организма – ДНК – стала продуктом деятельности РНК. То есть саморазвивающаяся система сгенерировала в самой себе более надёжный носитель информации. Что, в свою очередь, привело к новому витку эволюции, последствия которой мы и наблюдаем вокруг себя. А работа Чэнь показала, как на практике начинался этот процесс.