生命的起源可能始于类似dna的XNAs


一些科学家认为XNA进化成RNA, RNA又进化成DNA,形成了生命的最初阶段。信贷凯基Murayama

日本名古屋大学(Nagoya University)的科学家们展示了类似dna的分子如何聚集在一起,从而成为生命起源的前兆。

这项发表在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上的研究结果,不仅揭示了生命可能是如何开始的,而且对人工生命和生物技术应用的发展也有启示。

“RNA世界被广泛认为是生命起源的一个阶段,”名古屋大学生物分子工程师Keiji Murayama说。在这一阶段之前,前rna世界可能是基于一种叫做异种核酸(XNAs)的分子。然而,与RNA不同的是,XNA复制可能不需要酶。我们能够在没有酶的情况下合成XNA,这有力地支持了XNA世界可能在RNA世界之前就存在的假设。”

XNAs是由连在一起的核苷酸链组成的,类似于DNA和RNA,但其糖主链不同。XNAs可以非常稳定地携带遗传密码,因为人体无法分解它们。一些研究人员报道,含有特定序列的XNAs可以作为酶并与蛋白质结合。这使得XNAs在合成遗传学领域令人兴奋,具有潜在的生物技术和分子医学应用。

Murayama、Hiroyuki Asanuma和他的同事们想要找出早期地球上可能存在的条件是否导致了XNA链的形成。他们合成了无环(非环)l -苏氨酸核酸(L-aTNA)的片段,这种分子被认为在RNA出现之前就已经存在了。他们还制造了一个更长的L-aTNA,其碱基序列与片段序列互补,类似于DNA链的匹配方式。

当把短的L-aTNA片段放在可控温度下的试管中,短的L-aTNA片段在较长的L-aTNA模板上相互连接。关键的是,这是在一种叫做n -氰基咪唑的化合物和一种金属离子,比如锰的存在下发生的,这两种物质都可能存在于早期的地球上。在没有酶的帮助下,当一个磷酸基末端的一个磷酸基与另一个磷酸基末端的一个羟基发生化学连接时,这些片段就会相互连接。

Murayama说:“据我们所知,这是第一次证明模板驱动的无酶XNA从随机碎片池中扩展,生成磷酸二酯键。”

研究小组还证明了L-aTNA片段可以在DNA和RNA模板上相互连接。这表明遗传密码可以从DNA和RNA转移到L-aTNA上,反之亦然。

Murayama说:“我们的策略是建立一个有吸引力的系统,用于试验构建人工生命和开发由无环XNA组成的高功能生物工具。”“数据还表明,L-aTNA可能是RNA的前体。”

该团队计划继续他们的研究,以澄清L-aTNA是否可能在早期地球“前生命”条件下合成,并检查其开发先进生物工具的潜力。

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论文“非酶聚合酶样模板定向合成无环l -苏氨酸醇核酸”于2021年2月5日在线发表在《自然通讯》杂志DOI: 10.1038s41467-021-21128-0。

作者:

村山圭二,秋田光,栗木拓美,浅沼博之

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