Jak na łamach pisma „Nature Chemical Engineering” donieśli naukowcy z Uniwersytetu w Heidelbergu i innych niemieckich ośrodków, niewielka liczba losowych mutacji genetycznych sprawia, że proste krople RNA zyskują zdolność do ruchu i gromadzenia substancji. Przypominają więc bardzo proste, syntetyczne komórki.

Proces ten może przypominać powstawanie pierwotnego życia na Ziemi.

Naukowcy wyjaśniają, że do rozwoju życia konieczne jest, aby nawet najprostsza komórka przynajmniej zachowywała swój materiał genetyczny i jednocześnie była zdolna do zmian.

Dodają, że stworzenie od podstaw prostej żywej komórki z nieożywionych składników jest jednym z głównych celów syntetycznej biologii.

Badane przez niemieckich naukowców krople RNA to przypominające ciecz, pozbawione błony nanostruktury. Zbudowane są z syntetycznie wytworzonego kwasu rybonukleinowego (RNA) i spontanicznie się samoorganizują. Mogą przy tym zawierać genetyczną informację o własnej budowie.

„To podstawowy warunek, jaki musi spełniać system zdolny do ewolucji” – podkreśla William Verstraeten z Uniwersytetu w Heidelbergu, jeden z autorów badania.

Eksperta i jego współpracowników zaskoczyło odkrycie, że wbrew oczekiwaniom celowe modyfikacje matrycy DNA nie spowodowały rozpadu kropelek. „Zamiast tego powstały w nich duże zagłębienia, zwane wakuolami, które pozostawały stabilne przez wiele dni, a nawet tygodni” – mówi kierująca pracami prof. Kerstin Göpfrich z tej samej uczelni.

Jak wyjaśnia, odsetek mutacji wynoszący zaledwie około 3 proc. wystarczył, aby wywołać opisane przez badaczy, złożone zmiany.

Współpracujący z ekspertami z Heidelbergu zespół z Niemieckiego Centrum Badań nad Rakiem (DKFZ), korzystając z technik sekwencjonowania, ustalił, które mutacje odpowiadały za zmiany strukturalne wewnątrz kropelek. Dzięki temu możliwe było stworzenie modelowego mutanta i niezawodne odtwarzanie zaobserwowanego wcześniej efektu.

„Wakuole powstają, gdy podczas transkrypcji do i tak już lepkiego wnętrza kropelek przedostaje się coraz więcej nowego RNA. Szybki przyrost masy może powodować lokalne niestabilności, które prowadzą do powstawania zagłębień” – wyjaśnia prof. Christoph Weber z Instytutu Fizyki Uniwersytetu w Augsburgu.

Eksperymenty pokazały także, że do powstania wakuoli konieczne jest, aby kropelki RNA miały promień większy niż 20 mikrometrów i zawierały ponad 2 proc. materiału genetycznie zmodyfikowanego. Dalsze badania wykazały natomiast, że wakuole powodują przemieszczanie się masy wewnątrz kropelek, wywołując niewielkie ruchy w skali mikrometrów.

Kropelki RNA przemieszczały się na znacznie większe odległości niż kropelki niezmutowane i częściej się ze sobą zderzały. W rezultacie łączyły się i rosły. To nie wszystko – wakuole pełnią również funkcję wewnętrznych magazynów, wchłaniając niewielkie cząsteczki i przechowując je w swoim wnętrzu.

„Mutageneza pozwala nam zatem uzyskiwać nowe struktury i funkcje, które bardzo trudno byłoby zaprojektować i stworzyć od podstaw” – podkreśla prof. Göpfrich.

W dalszych badaniach naukowcy chcą wykorzystać podobny proces mutacji do tworzenia nowych funkcji molekularnych z minimalnych komponentów syntetycznych. „W przyszłości chcemy wykorzystać tę metodę do opracowania syntetycznych efektorów odpornościowych, zdolnych do samodzielnego rozwijania określonych funkcji immunologicznych” – zapowiada ekspertka.

Marek Matacz

mat/ zan/