化学家表示，他们通过证明 RNA 分子可以将氨基酸短链连接在一起，从而解决了生命起源理论中的一个关键问题。
这些 5 月 11 日发表在《自然》杂志上的发现，支持了“RNA 世界”假说的一种变体，该假说提出，在 DNA 及其编码蛋白质进化之前，最早的生物是基于 RNA 链的，RNA 分子既可以存储遗传信息（以核苷 A、C、G 和 U 的序列形式），又可以作为化学反应的催化剂。
德国杜塞尔多夫海因里希·海涅大学研究分子进化的 Bill Martin 说，这一发现“为早期化学进化开辟了广阔而全新的研究途径”。
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标准的“RNA 世界”理论认为，生命可能以复杂的原始 RNA 链的形式存在，这些 RNA 链既能自我复制，又能与其他链竞争。 后来，这些“RNA 酶”可能进化出构建蛋白质的能力，并最终将其遗传信息转移到更稳定的 DNA 中。 这种情况究竟是如何发生的仍然是一个悬而未决的问题，部分原因是仅由 RNA 制成的催化剂远不如当今所有活细胞中发现的基于蛋白质的酶有效。“尽管[RNA]催化剂已被发现，但它们的催化能力很差，”德国慕尼黑路德维希·马克西米利安大学的有机化学家 Thomas Carell 说。
RNA 核糖体
在研究这个难题时，Carell 和他的合作者受到了 RNA 在所有现代生物体构建蛋白质的方式中所起作用的启发：编码基因的 RNA 链（通常从 DNA 碱基序列复制而来）通过一个叫做核糖体的大型分子机器，该机器一次构建一个氨基酸的相应蛋白质。
与大多数酶不同，核糖体本身不仅由蛋白质组成，还由 RNA 片段组成——这些片段在蛋白质合成中起着重要作用。 此外，核糖体包含标准 RNA 核苷 A、C、G 和 U 的修饰版本。这些奇异的核苷长期以来一直被认为是原始汤的可能遗迹。
Carell 的团队构建了一个合成 RNA 分子，该分子通过连接在活细胞中常见的两段 RNA，包含了两个这样的修饰核苷。 在第一个奇异位点，合成分子可以与一个氨基酸结合，然后侧向移动，与相邻的第二个奇异核苷结合。 然后，该团队分离了他们原始的 RNA 链，并引入了一个新的 RNA 链，该链携带了自己的氨基酸。 这位于正确的位置，可以与先前连接到第二条链的氨基酸形成强大的共价键。 该过程一步一步地继续，生长出一条氨基酸短链——一种叫做肽的微型蛋白质——它附着在 RNA 上生长。 氨基酸之间键的形成需要能量，研究人员通过用溶液中的各种反应物引发氨基酸来提供能量。
Martin 说：“这是一个非常令人兴奋的发现，不仅因为它描绘了一条基于 RNA 的肽形成的新途径，而且因为它还揭示了 RNA 天然存在的修饰碱基的新进化意义。” Martin 补充说，结果表明 RNA 在生命起源中发挥了重要作用，但不需要 RNA 单独自我复制。
亚特兰大佐治亚理工学院的生物物理化学家 Loren Williams 对此表示赞同。 他说：“如果 RNA 的起源和蛋白质的起源是相关的，并且它们的出现不是独立的，那么数学计算就会发生根本性的转变，有利于 RNA-蛋白质世界，而远离 RNA 世界。”
为了证明这是生命起源的一种合理可能性，科学家们必须完成几个进一步的步骤。 该团队 RNA 上形成的肽由氨基酸的随机序列组成，而不是由存储在 RNA 中的信息决定的序列。 Carell 说，更大的 RNA 结构可能具有折叠成特定形状的部分，这些形状可以“识别”特定位点的特定氨基酸，从而产生结构明确的结构。 其中一些复杂的 RNA-肽杂合物可能具有催化特性，并受到进化压力，变得更有效率。 “如果分子可以复制，你就拥有了类似迷你生物的东西，”Carell 说。
本文经许可转载，首次发表于 2022 年 5 月 11 日。