חוקרים הצליחו ליצור מולקולת RNA משוכללת שאולי עונה על שאלת הביצה והתרנגולת של הביולוגיה: מה קדם למה? החלבונים, ה-DNA או ה-RNA?
"הדוגמה המרכזית" של הביולוגיה המולקולרית מציגה את הבסיס לחיים כולם. מדובר למעשה בתהליך שבו החומר הגנטי הופך לתכונות ולתהליכים ביולוגיים: בבסיס נמצא ה-DNA שהוא החומר הגנטי המכיל את ההוראות לבניית החלבונים שמבצעים את הפעולות הכימיות הדרושות לחיים. כל "הוראה" כזאת מועתקת למולקולת RNA, שהמבנה שלה דומה למקטע של ה-DNA, ועל פיה נבנה החלבון. החלבונים, בתורם, אחראים בין השאר להכפלת ה-DNA כשהתא מתחלק, להעתקתו למולקולות RNA ולבניית חלבונים נוספים באמצעותן.
במשך השנים התווספו נספחים שונים לאותה דוגמה מרכזית והתברר שה-DNA וה-RNA עושים גם דברים נוספים, אך החיים כפי שאנו מכירים אותם עדיין מסתמכים בעיקרם על אותה משוואה פשוטה: DNA מוביל ל-RNA שמוביל לחלבונים. ומרגע שהתגלתה, מלווה את הדוגמה המרכזית שאלה אחת גדולה – איך הכל התחיל?
"עולם ה-RNA"
אם חלבונים נוצרים באמצעות DNA ו-RNA, ואם פעילות החלבונים דרושה לקיומם ולתפקודם של ה-RNA וה-DNA, מי מהם נוצר ראשון, ואיך היה יכול לתפקד בלי שני האחרים? אחד הפתרונות לפרדוקס הזה בא מתיאוריית "עולם ה-RNA", הגורסת שלפני היות ה-DNA והחלבונים מילא ה-RNA את כל התפקידים הדרושים לחיים.
זה מכבר ידוע של-RNA יש יכולות אנזימטיות – כלומר, הוא יכול לזרז באופן משמעותי תגובות כימיות מסוימות. בתאים של רוב היצורים החיים כמעט כל האנזימים הם חלבונים, אך מולקולות קטנות של RNA משתתפות בחלק מהתגובות התוך-תאיות. ניסויים במעבדה הראו כי בתנאים מסוימים אפשר ליצור אנזימי RNA שיודעים לייצר מולקולות RNA חדשות, תפקיד שבדרך כלל שמור לחלבונים.
אליפות ה-RNA
עד כה אנזים ה-RNA המשוכלל ביותר המוכר לנו ידע לסנתז רק מולקולות RNA בעלות רצפים מסוימים ופשוטים, ועשה את זה לאט. במאמר בכתב העת PNAS הציגו דיוויד הורנינג (Horning) וג'רלד ג'ויס (Joyce) ממכון סקריפס למחקר בקליפורניה דרך לשפר את האנזים כך שיוכל לסנתז ביעילות ובמהירות מולקולות RNA מסובכות. הם נעזרו לשם כך בשיטה המכונה "אבולוציה במעבדה".
בשיטה הזאת, מייצרים עותקים רבים של אנזים ה-RNA ההתחלתי, בתהליך שמכניס בהם מוטציות אקראיות, כלומר שינויים ברצף הבסיסים המרכיבים אותם. התוצאה היא שכל אנזים שונה במקצת מחבריו. כך נוצרו מאה טריליון גרסאות של אותו אנזים. המערכת שפיתחו בדקה את יכולתם של האנזימים הללו לסנתז מולקולות RNA נוספות ומורכבות ובררה את האנזימים המוצלחים ביותר. לאחר מכן חזרו על הפעולות הללו 24 פעמים, כשבכל פעם מתחילים מהאנזימים המוצלחים ביותר שנבררו בסבב הקודם. האנזים שנבחר בסוף התהליך, שזכה לשם 24-3 RNA פולימראז, הפגין יכולות שלא נראו עד כה באנזימי RNA "טבעיים": סנתוז מהיר של מולקולות RNA פעילות ושכפול מדויק שלהן.
החוקרים לא טוענים כמובן שזה בדיוק אותו אנזים שהיה קיים ופעיל ביצורים החיים הראשונים. אך מחקרם מראה ש-RNA אכן מסוגל למלא בהצלחה לבדו את התפקידים הבסיסיים הדרושים לחיים: סנתוז ושכפול של עוד מולקולות RNA – אם כי האנזים אינו מסוגל עדיין לשכפל את עצמו, אלא רק מולקולות קטנות יותר.
המחקר החדש תומך אם כך בתיאוריית עולם ה-RNA, כתיאור של ההתחלה הפשוטה של כל היצורים החיים על פני כדור הארץ. לפיה, לאחר ההתחלה הפשוטה הזו, מולקולות ה-RNA החלו לייצר גם חלבונים ולסנתז מולקולות DNA, ועם הזמן נוצר מעין ביזור סמכויות – התפקידים שהיו שייכים קודם לכן ל-RNA לבדו התפזרו בין שלושת סוגי המולקולות. אך המולקולות הראשונות שהניחו את הבסיס לחיים על כדור הארץ היו, לטענת החוקרים, דומות למדי לאנזים 24-3 RNA פולימראז שפותח במעבדה.
