
Биологи
из Инстититута Скриппса в ходе эксперимента
по «эволюции-в-пробирке» получили
молекулу РНК, которая способна
катализировать синтез других РНК.
Предполагается, что на заре возникновения
жизни появление подобных молекул должно
было стать переломной точкой между
химической и биологической эволюцией.
И, хотя такие РНК-ферменты уже делали в
подобных системах, новая молекула
обладает существенно большей
универсальностью. Работа опубликована
Proceedings of the National Academy of Sciences.
РНК,
в отличие от ДНК, способна образовывать
сложную трехмерную структуру и благодаря
этому может выступать в роли фермента
— ускорять протекание химических
реакций (подробнее об отличиях можно прочитать здесь). РНК-ферменты называются
рибозимами (ribonycleotide
enzymes),
и диапазон реакций, которые они способны
катализировать, достаточно широк.
Некоторые рибозимы даже специально
выращиваются для практического применения
в лабораторных
тест-системах.
Однако
биологов больше интересуют рибозимы,
которые можно
рассматривать как
следы
древнего РНК-мира — состояния возникающей
жизни до момента появления современной
системы синтеза белков. К таким следам
относятся, например, РНК-интроны, которые
вырезают сами себя из созревающей
матричной РНК, РНК-затравки
фермента
теломеразы,
работа
которого
необходима для синтеза ДНК на концах
хромосом, и так далее. Главным свидетельством
существования мира РНК является, конечно,
рибосома — молекулярная машина, ядро
которой составляет именно РНК,
катализирующая синтез белков.
Гипотеза
мира РНК принимается сейчас большинством
специалистов по происхождению жизни и
хорошо разработана (свежий обзор работ на эту
тему можно прочитать здесь). Однако
ключевой
для этой гипотезы остается
проблема возникновения рибозимов-полимераз,
которые могли бы обеспечивать репликацию
РНК. Без таких молекул (или ансамблей
молекул) невозможно представить
возникновение дарвиновской эволюции.
Эксперименты по созданию таких молекул
в лаборатории продолжаются более 20 лет,
и на данный момент ученым удалось достичь скромных успехов. 
Проводятся
подобные эксперименты по следующей
схеме. Исследователи берут некую исходную
РНК-молекулу или просто случайную
РНК-цепочку и амплифицируют ее в пробирке
— то есть создают множество копий
исходной РНК, в том числе со случайными
мутациями. Затем проводится отбор
молекул — например, на их способность
катализировать присоединение нуклеотида
к затравке. Отбираются только лучшие
молекулы, которые затем снова
амплифицируются и проходят следующий
цикл отбора. 
Такой
метод ускоренной эволюции на сегодняшний
день позволил биологам создать несколько
молекул, которые более-менее удачно
катализируют полимеризацию десятков
РНК-нуклеотидов на РНК-матрице. Недавно
группе из Кембриджа удалось создать
рибозим, который может катализировать
полимеризацию до двух сотен нуклеотидов
— это уже цифра, превышающая длину
большинства самих рибозимов. Однако до
сих пор все полученные рибозимы-полимеразы
очень капризны по отношению к природе
синтезируемой РНК. Так, в кембриджской
работе с рекордной длиной речь шла о
специальной, удобной для этого рибозима
матрице, а не о репликации рибозимом
самого себя — такая молекула считается
«Святым Граалем» в данной области и до
сих пор никем не получена.
Капризность
рибозимов-полимераз не случайна, а имеет
фундаментальную природу. Дело в том,
что хорошая с точки зрения полимеразы
матрица должна
иметь
линейную структуру и не формировать
узлов
и петель вторичной
структуры.
С другой стороны, если РНК не образует
узлов и петель, ей «нечем будет работать»,
то есть она не сможет выполнять какую-либо
значимую функцию. В
попытке преодолеть это противоречие
авторы новой работы разработали новый
механизм отбора полимераз, который
максимизирует не длину синтезируемого
продукта, а его функциональную способность
— например, способность связывать
какое-то вещество. 
