Yaşam, RNA moleküllerinin kendilerini kopyalamaya başlamasıyla başlamış olabilir ve şimdi sonunda bunu yapmaya çok yakın bir RNA molekülü bulduk.
Sanatçının QT45 tasviri (AlphaFold3 tahminine dayalı), RNA replikasyonuna yardımcı olan donmuş ortamın mikroskopi görüntüsünün üzerine yerleştirilmiştir
RNA dünyası hipotezine göre yaşam, RNA moleküllerinin kendilerinin daha fazla kopyasını yapma yeteneğini geliştirmesiyle başladı. Artık neredeyse bunu yapabilecek bir RNA molekülü keşfettik; söz konusu olan önemli adımları bir anda gerçekleştiremez, ancak hepsini birden gerçekleştiremez.
Birleşik Krallık’taki Cambridge’deki MRC Moleküler Biyoloji Laboratuvarı’ndan Philipp Holliger, “RNA’nın doğru koşullar altında kendini üretme kapasitesine sahip olduğuna kendinizi ikna edebileceğiniz noktaya gelmek uzun bir arayış oldu. Sanırım bu, bunun mümkün olduğunu gösteriyor” diyor.
Canlı hücrelerde proteinler, kimyasal reaksiyonları katalize etmek gibi önemli görevleri yerine getirir ve bunları üretmeye yönelik tarifler, çift sarmallı DNA moleküllerinde depolanır. RNA, genellikle tek iplikçikler halinde bulunan DNA’nın kimyasal bir kuzenidir.
Bilgiyi depolamak açısından DNA kadar iyi değildir çünkü daha az kararlıdır, ancak DNA’nın yapamayacağı bir şeyi yapabilir: kimyasal reaksiyonları katalize edebilen protein benzeri enzimler oluşturmak için katlanabilir. RNA hem bilgi depolayabildiğinden hem de katalizör görevi görebildiğinden, yaşamın kendi oluşumunu katalize edebilen RNA molekülleriyle başlamış olabileceği daha 1960’lı yıllarda öne sürülmüştü.
Ancak bu tür molekülleri bulmanın gerçekten zor olduğu ortaya çıktı. Araştırmacılar uzun süredir kendi kendini kopyalayan RNA’ların nispeten büyük ve karmaşık olması gerektiğini varsayıyordu, ancak büyük RNA’ları çoğaltmak için açmanın çok zor olduğu ortaya çıktı.
Dahası, nispeten kısa RNA moleküllerinin doğru koşullarda kendiliğinden oluşabileceği gösterilmiş olsa da, büyük moleküllerin bunu yapmış olma ihtimali çok düşüktür.
Holliger, “Bu bizi, belki de yanılıyoruz diye düşünmeye yöneltti. Belki basit, küçük bir şey bu süreci gerçekleştirebilir” diyor. “Biz de aramaya çıktık ve bir tane bulduk.”
RNA’lar nükleotid adı verilen yapı taşlarından oluşur. Ekip, 20, 30 veya 40 nükleotid uzunluğunda bir trilyon rastgele dizi üreterek işe başladı. Bunlardan nükleotidlerin bir araya getirilmesi gibi reaksiyonları gerçekleştirebilecek üç tanesini seçtiler. Üçü bir araya getirildi ve dizinin bazı kısımlarını rastgele değiştirerek veya mutasyona uğratarak ve daha iyi performans gösteren varyantları seçerek birkaç evrim turundan geçtiler.
Ortaya çıkan QT45 adı verilen molekül yalnızca 45 nükleotid uzunluğundadır. Donma noktasının hemen üzerindeki alkali suda, iki veya üç nükleotidden oluşan kısa şeritleri bir araya getirerek tamamlayıcı şeritler oluşturmak için tek iplikçikli RNA’yı şablon olarak kullanabilir; buna kendi dizisini tamamlayıcı bir dizi oluşturmak da dahildir. Holliger, “Şu anda oldukça yavaş ve düşük verimli ancak bu bir sürpriz değil” diyor.
QT45 ayrıca bu tamamlayıcı ipliklerden kendisinin daha fazla kopyasını yapabilir. Holliger, “Bu, ilk kez kendini ve kodlayıcı zincirini oluşturabilen bir RNA parçasıdır ve bunlar, kendi kendini kopyalamanın iki kurucu reaksiyonudur” diyor. Ancak şu ana kadar ekip her iki reaksiyonun da aynı kapta gerçekleşmesini sağlayamadı. Şimdi plan, hem molekülü daha da geliştirmek hem de her iki reaksiyonun aynı anda gerçekleşip gerçekleşemeyeceğini görmek için donma-çözülme döngüleri gibi koşullarla deneyler yapmaktır.
Holliger, “En heyecan verici şey, sistem kendini kopyalamaya başladığında, kendi kendini optimize eden hale gelmesidir” diyor. Bunun nedeni, hatayla dolu sürecin çok sayıda varyasyon üretmesidir; bunlardan birkaçı daha iyi çalışabilir, daha fazlasını üretebilir vb.
Almanya’daki Greifswald Üniversitesi’nden Sabine Müller, “Holliger laboratuvarından elde edilen yeni sonuçlar olağanüstü ve önemli bir ilerleme; işleri tamamen kendi kendini kopyalayan bir RNA’ya daha da yaklaştırıyor” diyor.
Wisconsin-Madison Üniversitesi’nden Zachary Adam, “Belki de bu bulgunun en önemli yönü, bu kendi kendine sentezleme yeteneklerine sahip orta büyüklükte bir RNA oligomer dizisinin keşfedilmesidir” diyor.
Adam, 45 nükleotid uzunluğundaki RNA dizilerinin sayısının tek başına “hayal edilemeyecek kadar büyük” olduğuna dikkat çekiyor; bu nedenle ekip, yalnızca bir trilyon rastgele diziden oluşan bir başlangıç noktasından QT45’i bulmakla iyi iş çıkardı.
Holliger, Dünya’nın ilk dönemlerinde, QT45’e benzer moleküllerin günümüz İzlanda’sına benzer bir ortamda, buzun mevcut olduğu, aynı zamanda donma-çözülme döngülerini harekete geçiren ve pH gradyanları yaratan hidrotermal aktivitenin olduğu bir ortamda kendi kendini kopyalayabildiğini söylüyor. Anahtar bileşenleri izole etmek için bir tür bölümlendirmenin gerekli olabileceğini düşünüyor, ancak buzdaki erimiş su ceplerinden yağ asitlerinden kendiliğinden oluşan hücre benzeri keseciklere kadar bunun gerçekleşmesinin birçok yolu var.
