We dachten altijd dat RNA te simpel was voor het zware werk.
Die veronderstelling kraakt. Een nieuwe studie suggereert dat RNA enorme, geavanceerde structuren kan bouwen. Filamenten. Kooien. Het was niet alleen een bescheiden genetische drager die wachtte tot eiwitten zouden verschijnen en de dag zouden redden. De ‘RNA-wereldhypothese’ heeft lang beweerd dat RNA aan DNA en eiwitten voorafging, maar de heersende wijsheid zei dat die vroege moleculen slechts kleine, fundamentele plooien konden beheersen. Die opvatting kan volkomen verkeerd zijn.
De verschuiving is belangrijk omdat het het oorsprongsverhaal herschrijft.
Waarom de complexiteit van RNA onze kijk op de dageraad van het leven verandert
Decennia lang was de kloof duidelijk. Eiwitten gebruiken twintig verschillende aminozuren. Dat geeft ze een enorm palet. RNA heeft slechts vier nucleotiden. De logica was dat RNA de variëteit ontbeerde die nodig was om iets complexs te vormen. Het kon geen structuren bouwen. Zonder hulp zou het geen complexe reacties kunnen katalyseren. Eiwitten kwamen tussenbeide, namen het over en zetten het biologische systeem op zijn plaats.
Maar deze logica gaat ervan uit dat een beperkte variëteit gelijk staat aan een beperkte structuur.
Een recent artikel op bioRxiv door Lin Huang van de Sun Yat-Sen Universiteit beweert iets anders. Huang en zijn team ontdekten dat RNA dingen kan doen die we nog nooit eerder hebben gezien. Het onderzoek is nog niet door vakgenoten beoordeeld, maar de cryo-elektronenmicroscopiebeelden zijn opzienbarend. Ze laten zien dat RNA zich assembleert tot grote complexen die wedijveren met op eiwitten gebaseerde architecturen.
Dit daagt direct de veronderstelling uit dat alleen eiwitten uitgebreide geometrieën kunnen bouwen.
“Het suggereert dat de wereld bij de oorsprong van RNA in allerlei vormen kon samenkomen”, vertelde Huang aan WordsSideKick.com.
Welke mechanismen zorgen ervoor dat RNA grote structuren kan bouwen
Het geheim zit niet in meer ingrediënten. Het is de manier waarop de stukken in elkaar grijpen.
De onderzoekers concentreerden zich op ‘kussende stamlussen’. Stel je een schoenveter voor die in een lus is vastgebonden. Als er een andere schoenveterlus tegenaan drukt, kussen ze elkaar. Blijf bij elkaar. Sluit aan. Het team doorzocht de RNA-sequenties en vond families van bacteriofagen (virussen die bacteriën infecteren) die dit exacte mechanisme gebruikten.
Dit is wat er gebeurde toen ze het in het laboratorium testten:
- Ze zuiverden de RNA-moleculen.
- Ze lieten ze samenkomen in een schaal.
- De korte strengen (elk minder dan 200 stuks) klikten op hun plaats.
Het resultaat was onmiddellijk en robuust.
Sommigen vormden filamenten die veel op het cytoskelet van moderne cellen lijken. Het cytoskelet beweegt dingen. Het houdt cellen in vorm. Als vroeg RNA dat zou kunnen doen, zou het leven al heel vroeg structureel kunnen zijn.
Anderen vormden icosahedrale kooien. Denk aan een voetbal. Twintig driehoeken die een bol vormen. Moderne herpesvirussen gebruiken eiwitkooien (capsides) om hun DNA te verbergen. Zou het oude RNA zijn eigen dozen ter grootte van een virus kunnen hebben gebouwd? Het is mogelijk. De geometrie klopt.
Waar komen deze RNA-structuren voor in de natuur?
Hier is de vangst. De structuren gevormd in een schaal. Ze vormen zich niet noodzakelijkerwijs in de bacteriën die de virussen herbergen.
Het team van Huang heeft dit nog niet in vivo zien gebeuren. In een echte cel kunnen overal eiwitten deze RNA-verbindingen verstoren. Of misschien helpen eiwitten hen? Wij weten het niet. De laboratoriumomgeving is schoon. Cellen zijn chaotisch.
Anna Medvegy, een evolutiebioloog die niet bij het onderzoek betrokken was, bracht een andere zorg naar voren. Het gaat niet alleen om chemie. Het gaat over het milieu.
“Ik denk absoluut dat omgevingsparameters een vraag zijn”, schreef Medvegy. “Kunnen deze structuren zich vormen in de omgeving waar de hypothetische RNA-wereld bestond?”
Als het aanbreken van de aarde hete hitte of een lage pH zou betekenen, zouden deze kussende lussen dan overleven? Misschien. Maar als je het RNA kookt, valt het uit elkaar. Het opnieuw creëren van deze prebiotische omstandigheden om de structurele integriteit te testen is de volgende hindernis.
Korte RNA-strengen breken gemakkelijk. Dat is een groot probleem voor de levensduur. Toch is het feit dat korte stukken grote dingen hebben gebouwd veelbelovend. Lange kettingen knappen. Korte exemplaren knappen ook. Maar als korte exemplaren zich in stabiele netten of kooien zouden aansluiten, zouden ze de chaos van de vroege aarde misschien beter hebben doorstaan dan we dachten.
Heeft RNA dit vier miljard jaar geleden daadwerkelijk gedaan?
We kunnen niet teruggaan om het te controleren.
We hebben alleen deze prachtige, kwetsbare kooien in petrischalen. Ze zijn een bewijs van capaciteit, geen geschiedenis. Maar capaciteit is belangrijk. Het betekent dat het gereedschap er was. De blauwdrukken bestaan in virussen die we vandaag de dag zien. Misschien was het leven in het begin niet zo traag en onhandig als we ons hadden voorgesteld. Misschien bouwde het vanaf de eerste dag skeletten en schilden.
Of misschien waren de omstandigheden gewoon te warm.
Wie weet? Het laboratorium zegt ja. De aarde zegt: wacht maar af.
