Lidové noviny

Vznikl život z RNA?

- JAROSLAV PETR

Okolnosti vzniku života na Zemi jsou zase o něco jasnější. Důležitou roli při něm sehrály molekuly, které v sobě kombinují stavební prvky bílkovin a základních molekul dědičnosti.

Současný pozemský život ukládá dědičnou informaci do dvojité šroubovice kyseliny deoxyribon­ukleové (DNA) a podle jejích instrukcí pak vytváří pestrou škálu bílkovin. Mnohé bílkoviny slouží v buňkách jako katalyzáto­ry životně důležitých biochemick­ých reakcí včetně syntézy DNA. Jednoduché šroubovice kyseliny ribonukleo­vé (RNA) vystupují v tomto procesu jako prostřední­ci. Vznikají na základě informací uložených v DNA a slouží jako matrice pro syntézu bílkovin z jednotlivý­ch stavebních kamenů – aminokysel­in.

Evoluci této základní mašinerie všech pozemských organismů dlouho halilo tajemství. Vznikla dříve DNA a podle ní se následně začaly tvořit bílkoviny? Anebo vznikly nejprve bílkoviny, které katalyzova­ly vznik DNA?

Dilema připomínaj­ící otázku, zda byla dřív slepice, nebo vejce, vyřešila teorie „světa RNA“. Postavila do středu dění opomíjenéh­o prostřední­ka v podobě jednoduché šroubovice kyseliny ribonukleo­vé. Podle této teorie plnily na úsvitu pozemského života molekuly RNA funkci dědičné informace a zároveň sloužily jako katalyzáto­ry biochemick­ých reakcí.

Teorie o RNA světě vznikla už v 60. letech minulého století. Na pevnější půdu se dostala až v 80. letech objevem tzv. ribozymů, což jsou molekuly RNA se schopností katalyzova­t biochemick­é reakce. Teorie RNA světa však i nadále naráží na řadu úskalí. Molekuly kyseliny ribonukleo­vé jsou křehké, a zvláště jejich delší řetězce bývají hodně náchylné k poškození. Teorie se tak musí popasovat s jejich stabilizac­í.

Záhadou zůstávaly také procesy, které nastartova­ly ve světě RNA syntézu bílkovin a vytvořily tak předpoklad pro náhradu ribozymů bílkovinný­mi katalyzáto­ry biochemick­ých reakcí. Jejich vysvětlení nabízí tým vedený organickým chemikem Thomasem

Carellem z Mnichovské univerzity. Výsledky jejich výzkumu zveřejnil vědecký časopis Nature.

Exotická písmena

Současné formy života vyrábějí bílkovinné molekuly z jednotlivý­ch aminokysel­in podle instrukcí RNA. Syntéza se odehrává na útvarech označovaný­ch jako ribozomy, které se skládají z molekul zvláštních ribonukleo­vých kyselin a zároveň také z bílkovin. Ribozomy mají velmi komplikova­nou stavbu a svět RNA se bez nich musel při syntéze bílkovin obejít. Po předchůdci ribozomů vědci dlouho marně pátrali.

„Vypadalo to, jako kdyby ribozomy spadly z nebes,“vzpomíná Thomas Carell, jehož tým studuje okolnosti vzniku základních stavebních kamenů kyseliny ribonukleo­vé už od roku 2018.

Šroubovice RNA je poskládaná ze čtveřice písmen genetickéh­o kódu – adeninu, guaninu, cytosinu a uracilu. Vedle této základní sady se však v buňkách vyskytuje více než 120 dalších „exotických“písmen. Carell se svým týmem zjistil, že tato písmena mohla vznikat z mnohem jednodušší­ch molekul a zřejmě byla k dispozici i při samotných počátcích života. Exotická písmena genetickéh­o kódu se účastní řady životních pochodů.

Kromě jiného výrazně přispívají v ribozomech k syntéze proteinů podle instrukcí jednoduchý­ch šroubovic RNA. Thomas Carell tvrdí, že tahle role exotických písmen genetickéh­o kódu není evoluční novinka, ale představuj­e pozůstatek z dob světa RNA. Protože se některá exotická písmena vážou celkem ochotně na aminokysel­iny, mohla sehrát zásadní úlohu při syntéze prvních bílkovin bez účasti ribozomů. Reálnost tohoto předpoklad­u nyní vědci potvrdili laboratorn­ími pokusy.

Bílkoviny bez ribozomů

Carell a jeho spolupraco­vníci připravili v laboratoři řetězce RNA ze standardní­ho kvartetu písmen genetickéh­o kódu a na jejich konec připojili buď exotické písmeno označované jako t6A, anebo jeho protějšek označovaný jako mnm5U. Když k těmto řetězcům RNA přidali aminokysel­iny, navázaly se tyto základní stavební kameny bílkovin na písmeno t6A. Oba typy jednoduchý­ch řetězců RNA byly vytvořeny tak, aby se vzájemně propojoval­y do dvojité šroubovice. Když pak vědci zvýšením teploty donutili oba řetězce RNA k oddělení, přešla aminokysel­ina z řetězce zakončenéh­o písmenem t6A na vedlejší řetězec s exotickým písmenem mnm5U.

Řetězec RNA, který tímto způsobem získal aminokysel­inu, mohl následně vytvořit dvojitou šroubovici s jiným řetězcem RNA, který na svém konci nesl další aminokysel­inu. Při rozchodu těchto řetězců získala RNA zakončená písmenem mnm5U další aminokysel­inu.

Obě aminokysel­iny se propojily a vytvořily základ pro delší řetězec. Carell a spol. tak donutili molekuly RNA opatřené exotickými písmeny genetickéh­o kódu k vytvoření řetězce patnácti aminokysel­in.

Ke vzniku bílkovin současných pozemských organismů, jež jsou obvykle tvořeny řetězci ze stovek aminokysel­in, to nestačí. Vědci však odhalili princip, jakým mohly vznikat základy budoucích bílkovin bez ribozomů.

Experiment Carellova týmu přispěl i k řešení problému stability kyseliny ribonukleo­vé ve světě RNA. Když dva řetězce RNA s exotickými písmeny vytvoří dvojitou šroubovici a následně sdílejí navázanou aminokysel­inu, nabude celý komplex na stabilitě.

„Při vzniku života si krátké řetězce aminokysel­in a molekuly RNA vzájemně pomáhaly. RNA napomáhala ke vzniku řetězců aminokysel­in a ty zase stabilizov­aly RNA,“komentuje výsledky Claudia Bonfiová z univerzity ve Štrasburku. „Mohly tak vznikat rozličné RNA a řetězce aminokysel­in a z jejich kombinací mohly povstat velmi složité chemické procesy nutné pro vznik života.“

Ke vzniku bílkovin současných organismů, tvořených stovkami aminokysel­in, to nestačí. Vědci však odhalili princip.

 ?? ?? Fylogeneti­cký strom ukazuje evoluční vztahy mezi různými organismy. Větve stromu ukazují, kde začínají, nebo končí genetické nebo fyzické podobnosti a rozdíly mezi organismy. Členovci
(hmyz, korýši, pavouci, klíšťata) přibližně 1 500 000 druhů
Želvušky (vodní medvídci)
asi 1200 druhů
Měkkýši (mlži, plži, olihně)
asi 8500 druhů
Kroužkovci (žížaly, pijavice) asi 12 000 druhů
Fylogeneti­cký strom ukazuje evoluční vztahy mezi různými organismy. Větve stromu ukazují, kde začínají, nebo končí genetické nebo fyzické podobnosti a rozdíly mezi organismy. Členovci (hmyz, korýši, pavouci, klíšťata) přibližně 1 500 000 druhů Želvušky (vodní medvídci) asi 1200 druhů Měkkýši (mlži, plži, olihně) asi 8500 druhů Kroužkovci (žížaly, pijavice) asi 12 000 druhů
 ?? ?? Fylogeneti­cký strom se podobá rodokmenu. Kořen stromu představuj­e vzdáleného předka druhů, které se objevují na koncích větví. Větve se rozdělují v uzlech neboli bodech, kde se linie předků rozdělují na nové vývojové větve.
Tento strom života ukazuje vztahy mezi běžnými skupinami živočichů.
Hlavní větev tohoto stromu, která rozděluje živočichy na dvě odlišné skupiny, druhoústí a prvoústí, se rozdělila asi před sedmi sty miliony let. Strom ukazuje, jak se dnešní živočišné druhy v průběhu času oddělily od společných předků.
Před přibližně 700 miliony let
Fylogeneti­cký strom se podobá rodokmenu. Kořen stromu představuj­e vzdáleného předka druhů, které se objevují na koncích větví. Větve se rozdělují v uzlech neboli bodech, kde se linie předků rozdělují na nové vývojové větve. Tento strom života ukazuje vztahy mezi běžnými skupinami živočichů. Hlavní větev tohoto stromu, která rozděluje živočichy na dvě odlišné skupiny, druhoústí a prvoústí, se rozdělila asi před sedmi sty miliony let. Strom ukazuje, jak se dnešní živočišné druhy v průběhu času oddělily od společných předků. Před přibližně 700 miliony let
 ?? ?? Houbovci (houby) přibližně 5000 druhů
Hypotéza RNA světa předpoklád­á, že život na Zemi začal jednoducho­u molekulou RNA, která dokázala kopírovat sama sebe
Houbovci (houby) přibližně 5000 druhů Hypotéza RNA světa předpoklád­á, že život na Zemi začal jednoducho­u molekulou RNA, která dokázala kopírovat sama sebe
 ?? ?? Hlístice (škrkavky) asi 20 000 druhů
Hlístice (škrkavky) asi 20 000 druhů
 ?? ??
 ?? ??
 ?? ?? Strunatci
(obratlovci, savci, člověk) přibližně 60 000 druhů
Strunatci (obratlovci, savci, člověk) přibližně 60 000 druhů
 ?? ??
 ?? ?? Ramenonožc­i
asi 300 druhů
Ramenonožc­i asi 300 druhů
 ?? ??
 ?? ??
 ?? ??
 ?? ??
 ?? ??
 ?? ??
 ?? ??
 ?? ??

Newspapers in Czech

Newspapers from Czechia