Wetenschappers uit de Verenigde Staten en Zuid-Afrika hebben aangetoond dat korte RNA-nucleotideketens spontaan met elkaar kunnen combineren om grote moleculen te vormen. Dit vermogen is nodig voor het verschijnen in de primaire bouillon van verbindingen met enzymatische activiteit die genetische informatie opslaan. Het artikel van de onderzoekers is gepubliceerd in het tijdschrift Royal Society Open Science.
Volgens de hypothese van de RNA-wereld waren de voorlopers van levende cellen enzymmoleculen (ribozymen) die zichzelf konden kopiëren (repliceren). Het is bekend dat dergelijke verbindingen groot en complex zijn. Ze zouden worden gevormd uit kleinere moleculen via een proces dat ligatie wordt genoemd, waarbij twee nucleotideketens aan hun uiteinden zijn verbonden. Een dergelijke reactie wordt echter uitgevoerd door een aparte groep enzymen (ligasen), dus de RNA-wereld zou onmogelijk zijn zonder de aanwezigheid van ribozymen die voor hun eigen ligatie zorgen.
De onderzoekers gebruikten een complex ribozym-RNA-polymerase R18 als onderzoeksobject. Dit grote molecuul heeft twee actieve sites. Een van hen voert polymerase-activiteit uit, dat wil zeggen, synthetiseert een RNA-molecuul uit nucleotiden, de andere is een ligasekern. De specialisten verwijderden verschillende fragmenten uit het ribozym, waardoor een reeks kleine ketens werd verkregen, die allemaal een ligatiecentrum hadden. Deze laatste, evenals de volledige R18-polymerase, werden in een omgeving geplaatst die andere kleine RNA-moleculen (substraten) bevat.
Wetenschappers hebben het vermogen van moleculen om zichzelf te ligeren geëvalueerd. R18 vertoonde een zeer lage activiteit, maar de kleinste streng (R18-T4) hechtte een grote verscheidenheid aan RNA-moleculen aan zichzelf. Met een toename van de ketenlengte nam de ligase-activiteit af en kon het molecuul alleen aan bepaalde substraten binden. Volgens experts krijgen ribozymen zo de specificiteit die kenmerkend is voor enzymen in levende cellen.
De resultaten van de studie toonden aan dat in de vroege stadia van de RNA-wereld grote moleculen verschenen door de fusie van ligasen met verschillende kleine ribonucleïsche ketens. Aanvankelijk konden dergelijke verbindingen geen enzymatische functies uitoefenen, zoals zelfkopiëren, maar ze hadden al specificiteit voor bepaalde substraten. In de loop van de moleculaire evolutie is hun vermogen om te repliceren toegenomen.
