Het was een duivels dilemma. DNA, de informatiedrager van vrijwel alle leven nu, is chemisch stabiel, maar kan verder niets. RNA is in staat zowel informatie te dragen en als enzym (zogehen ribozymen) te werken, dus is de gedroomde oorsprong van het leven. Helaas valt RNA in enkele dagen uit elkaar. Eindelijk is er een verklaring.
Ribosomen bestaan voor het grootste deel uit RNA en vertalen m-RNA in eiwit. Deze oeroude RNA-enzymen wijzen op de RNA-oorsprong van het leven. Bron: Wikimedia Commons
Vrijwel alle leven op aarde – enkele RNA-virussen en prionen (ziekteverwekkende eiwitten) uitgezonderd, slaat de genetische informatie op in DNA. DNA bestaat uit vier chemische bouwstenen, de nucleotiden, die aaneengeregen zijn in een zeer lange spiraalstructuur. DNA zelf kan niets, maar is veilig opgesloten in de stabiele spiraalstructuur, waardoor het molecuul duizenden jaren kan overleven. Via een proces met één tussenstap, de vertaling van DNA in messenger RNA, worden alle eiwitten geproduceerd. Juist die omslachtige tussenstap zette biologen aan het denken. Klaarblijkelijk was er miljarden jaren geleden een primitiever systeem, waarbij RNA de informatie droeg en in eiwit werd vertaald. Ook bestaan er ribozymen, enzymen die niet uit aminozuren bestaan, zoals eiwitten, maar uit RNA. Een molecuul dat zowel informatie kan opslaan als zelf aan het werk kan is uiteraard de ideale kandidaat voor de oorsprong van het leven.
Instabiliteit van RNA opgelost
Nu is er alleen een probleem. RNA overleeft niet lang bij aardse temperaturen: rond een dag. Er moest dus en mechanisme bestaan dat RNA repareert. Een oplossing zou bijvoorbeeld zijn dat een groep RNA-moleculen samenwerkt en elkaar repareert als er beschadigingen optreden.
Om uit te vinden of dit mechanisme inderdaad zou kunnen werken, creëerde Niles Lehman drie RNA moleculen die elkaar repareerden: molecuul A repareerde molecuul B, dat op zijn beurt molecuul C repareerde. Molecuul C repareerde molecuul A. In elk molecuul brachten ze een fout aan. Vervolgens werd een mengsel van de drie molecuulsoorten in een reageerbuis gebracht. Ook een ander mechanisme, waarbij een molecuul zichzelf repareerde, weer getest. Naar bleek, deden het drietal samenwerkende RNA moleculen het veel beter en concurreerden het zelfreparerende molecuul weg. Al eerder zijn samenwerkende paren RNA ontdekt, maar dit drietal is een doorbraak. Voor het eerst kunnen nu onbeperkt grote RNA-netwerken worden samengesteld. Lehman experimenteerde ook met een netwerk van 48 verschillende RNA-fragmenten, die inderdaad uiteindelijk ook evolueerden tot een systeem waarbij alle 48 moleculen betrokken waren. Deze systemen blijken zelfs veel effectiever samen te werken als de oplossing waarin ze rondzwerven, wordt geconcentreerd.
Nog enkele vragen
Zou dit de vraag omtrent de oorsprong van het leven oplossen? Probleempunt is nog steeds hoe een zeer hoge concentratie RNA-nucleotiden bij elkaar komt. In organische meteorieten (chondrieten) komen weliswaar nucleotiden voor, maar in vrij lage concentraties. Ook bestaan deze niet zuiver en alleen uit RNA nucleotides. Dus hoewel een belangrijk stukje van de puzzel is opgelost, blijven er nog de nodige vragen.
Bron
Nilesh Vaidya,Michael L. Manapat,Irene A. Chen, Ramon Xulvi-Brunet,Eric J. Hayden & Niles Lehman, Spontaneous network formation among cooperative RNA replicators, Nature (2012)
