Лженаука – генетика. Чума ХХ века.

11.5. Моделирование возникновения жизни в пробирке

 

 

 

Процесс эволюции РНК был смоделирован в пробирке. Оказалось, что РНК вполне себе эффективно эволюционирует, ферментативные активности создает. В принципе, возможен полноценный живой организм, не имеющий ни белков, ни ДНК, в котором все функции выполняются только молекулами РНК. Конечно, ДНК лучше справляется с задачей хранения информации, а белки – с “работой”. Только РНК и ДНК в настоящее время могут рассматриваться как генетический материал для целей практического воспроизведения эволюции в пробирке. Так появилась теория РНК-мира, согласно которой первые живые организмы были РНК-организмами без белков и ДНК. Первым прообразом будущего РНК-организма мог стать автокаталитический цикл, образованный самовоспроизводящимися молекулами РНК – теми самыми рибозимами, которые способны катализировать синтез собственных копий.

 

Теория РНК-мира, предложенная Барбиери (130), очень быстро, как говорит А. Марков (66), “обрастает” экспериментальными данными. Химики научились получать рибозимы чуть ли не с любыми желаемыми характеристиками (для этого синтезируют огромное количество разных РНК со случайной последовательностью нуклеотидов, а затем просто отбирают из них молекулы с нужными свойствами). Получены рибозимы, РНК, катализирующие синтез нуклеотидов, присоединение аминокислот к РНК и другие биохимические процессы. Стирая грань между живым и неживым, уже растут на искусственных средах в лабораториях новые объекты – колонии размножающихся молекул РНК, способные к тому же синтезировать белки. [Может потому они и растут, что на Земле работают некие подпрограммы управления нужными химическими реакциями? – отстоя.NET]

 

Недавно американский ученый Бартель из MIT, из случайной последовательности нуклеотидов РНК, “эволюционировал” РНК-овую матрице-зависимую РНК-лигазу. Потом он эту лигазу научил одиночные нуклеотиды по матрице присоединять. Потом он “сэволюционировал” РНК-зависимую РНК полимеразу из РНК в пробирке. Это доказано в масштабах пробирки и нескольких дней реакции. Что уж и говорить о планетарных масштабах и сотнях миллионов лет! А реально масштабы не планетарные, а вселенские. Комбинаторика вполне согласна с экспериментальными данными. [Особенно, если понимать, что и для чего ты делаешь, и осознанно подгонять результат под соответствующие теории! – отстоя.NET]

 

Снова послушаем А. Маркова (66): “Химики синтезируют случайные молекулы РНК, состоящие из случайных последовательности букв–нуклеотидов в огромном количестве, а потом проводят отбор по интересующему их свойству. Например, хотят получить молекулу РНК, которая бы крепко связывалась с атомами железа. В эту смесь полученных молекул опускают железную палку, вынимают, кто прилип, тот нам и нужен. Таким образом, можно фактически любое заданное свойство выбрать. Потом можно в несколько циклов, то есть выбрать те молекулы, которые лучше всего справились с поставленной задачей, и в них вносить изменения, чтобы еще лучше подогнать это свойство, усилить эту функцию, добиться оптимального результата. Вот таким способом удалось вывести рибозимы (молекулы РНК, обладающие каталитичскими свойствами – С.М.), которые катализируют синтез РНК чуть-чуть, но это было не совсем то. Хотелось получить фермент, который реально делает копию, копирование. Ферменты с такой функцией называются РНК-полимеразы, они на матрице одной молекулы РНК синтезируют другую и комплементарную считывают. В конце концов, удалось изготовить такой рибозим, но с очень большим трудом. Его собрали из нескольких молекул РНК: не одну, а несколько пришлось объединить. Но все-таки показали, что принципиальная возможность есть. А сейчас уже добились того, что живут, растут сами, как в колонии микроорганизмов, в колонии молекулы РНК в пробирке. Правда, это не чистые РНК-организмы, а это симбиоз с белками, потому что эти РНК кодируют некие белки–ферменты, сами их синтезируют, а уже эти белки осуществляют размножение молекул РНК, но все равно какая-то искусственная РНК-белковая жизнь получается”. [Вот именно, что «какая-то»... – отстоя.NET]

 

Глюкозидная связь между нуклеотидным основанием и рибозой, кажется, является наиболее трудной ступенью для синтеза в предбиотическом нуклеотидном синтезе (131). В живых клетках не обнаружилось молекул РНК, которые способны были бы катализировать синтез собственных копий. [Тогда чем же занимается эта прекрасная теория РНК-жизни? Возможно, просто распиловкой грантовых денег? – отстоя.NET] Тогда стали пытаться получить их искусственно. Сейчас научились при помощи метода искусственной эволюции получать самые разнообразные молекулы РНК с самыми разными функциями.

 

Начаты работы по перебору случайных последовательностей нуклеотидов, образующих цепи РНК на предмет указанных свойств, необходимых для возникновения жизни. И уже есть первые подтверждения, того, что указанная гипотеза возникновения жизни имеет право на существование. Случайным образом синтезировались короткие последовательности нуклеотидов с помощью той же самой реакции, что используется белковыми ферментами, которые катализируют полимеризацию РНК. В лабораториях уже сделаны успешные попытки синтезировать на основе натуральных, то есть имеющихся в природе, цепочек РНК, участвующих в сплайсинге. Для этого синтезируют случайным образом молекулу РНК. Такие РНК цепочки после ряда мутаций оказались способными к репликации, хотя реакция и шла медленно (131).

 

Выяснилось, что, начиная с самого раннего этапа развития каких-то коротких кусочков РНК в разных условиях, уже ничего не получается, если у этих молекул РНК нет возможности друг с другом обмениваться кусками, соединяться, разъединяться (67).

 

Как пишет Марков (67), “в теории РНК-мира до недавнего времени была большая проблема, РНК очень плохо взаимодействует с липидными мембранами, не хотят с ними соединяться, вступать в какие-то комплексы. И было непонятно, как мог существовать окруженный мембраной РНК-организм. Тем не менее, решили исследователи эту задачу, оказалось, что все дело в ионах металлов, которые образуют комплексы с молекулами РНК. Это резко расширяет возможности рибозимов и активных молекул РНК. Мы знаем, что в древнем океане было гораздо больше, чем сейчас растворено всяких редких металлов, ионов, таких как вольфрам, например, которых сейчас очень мало, но раньше было гораздо больше, кобальт, молибден, и ионы этих металлов, образуя комплексы с различными молекулами РНК, резко расширяют их возможность”.

 

Катализаторы из РНК, РНК–ферменты, имеют высокую активность в присутствии высоких концентраций двухвалентных ионов. Оказалось, что соединяясь с ионами кальция, молекулы РНК могут образовывать устойчивые соединения с липидными мембранами и даже могут определенным образом регулировать проницаемость этих мембран. Это все тоже экспериментально воспроизводится (67).

 

В мире РНК ферменты, образованные цепями РНК, должны быть ответственными за синтез нуклеотидов. Например, в ядре позвоночных сплайсинг производится специальными олигокомплексами сплайсеосомами, которые по размеру почти равны рибосомам. Эти комплексы содержат большей частью белки, но также включают на различных стадиях РНК. Но эти сРНК не обнаруживают каталитической активности.

 

В пробирке была сделана попытка синтезировать настоящую репликазу РНК. Был проведен эксперимент по отбору коротких молекул РНК, которые создавались случайным образом. Было протестировано 10 в 14 степени вариантов коротких молекул РНК, производных от молекул РНК, участвующих в сплайсинге, на предмет их способности осуществлять полимеризацию РНК, удлинение молекул РНК.

 

Было обнаружено 4 различных реакции, но ни одна не была способна сшивать короткие цепочки РНК или удлинять цепочку путем присоединения отдельных нуклеотидов. Однако найдены короткие молекулы РНК, способные осуществлять реакции, которые используются в сплайсинге – там имеется 4 типа саморазрезающих последовательностей нуклеотидов, то есть способные разрезать цепи других нуклеотидов той же РНК. Кроме того, были изолированы цепочки РНК, которые способны осуществлять совершенно новую, неизвестную ранее биохимическую реакцию, так называемую реакцию трансэстерификации, но она совершенно другая, чем та, которая осуществляется с помощью белков. [Информация, приведённая в двух последних абзацах, наглядно демонстрирует сложность программного обеспечения, необходимого для выполнения всего лишь пары простейших операций над цепочками РНК, которые, напомню, в клетках живых организмов проходят в невообразимых количествах и только в необходимом времени и месте! – отстоя.NET]

 

Недавно была промоделирована эволюция молекул РНК, обладающих каталитическими свойствами. Для воспроизведения процесса эволюции ученые выбрали не очень длинные молекулы РНК, которые не очень эффективно катализировали собственное размножение. Через 70 часов эволюции in vitro молекулы стали выполнять свои функции в 90 раз эффективнее. Как пишут в Ленте.ру, “Эксперимент проводился по следующей схеме. В реакционной смеси, где размножались РНК, содержался флуоресцентный краситель, который встраивается в новосинтезированные цепи РНК, однако не взаимодействует с отдельными нуклеотидами. Флуоресценция реакционной смеси постоянно измерялась. При ее усилении в 10 раз из смеси отбиралась аликвота (небольшое количество) и переносилась в пустую емкость. К аликвоте добавляли свежие реагенты, необходимые для размножения молекул: нуклеотиды и фермент, обеспечивающий синтез цепи. Таким образом ученые моделировали процесс отбора. При наличии большого количества реагентов все молекулы РНК “выживают” и размножаются. В условиях недостатка реактивов преимущество получают молекулы, которые способны наиболее эффективно катализировать собственное размножение, а значит – увеличивать число копий самих себя. Изначально все молекулы РНК имели одинаковую последовательность нуклеотидов. Однако при синтезе новых цепей фермент делает ошибки. Соответственно, “дочерние” молекулы не всегда являются точными копиями “родительских”. Некоторые мутации новосинтезированных цепей никак не влияют на их функции, некоторые увеличивают эффективность синтеза, а некоторые, напротив, уменьшают. В условиях недостатка реагентов преимущественно размножаются те молекулы, мутации в которых увеличили эффективность их “работы”. Соответственно, число таких мутантных молекул растет. Число тех молекул, которые недостаточно эффективно катализируют свое размножение, не изменяется. Шансы таких молекул попасть в число “счастливчиков”, которых заберут из истощенной смеси, все время уменьшаются. Всего ученые провели 500 этапов отбора. Проанализировав молекулы, “дожившие” до последнего этапа, они обнаружили, что в них накопилось 11 мутаций, которые тем или иным образом увеличивали эффективность синтеза”. [Вдумайтесь: идеальные условия, 70 часов на сеанс, 500 этапов целенаправленного отбора – и всего лишь 11 случаев мутаций, квалифицированных как полезные. А что случилось бы с каждой такой  единичной мутацией РНК, пребывающей в природной среде, за те же 70 часов? – отстоя.NET]

 

Для РНК–ферментов труднее, чем для белков использовать низкомолекулярные субстраты. Белки гораздо более эффективные катализаторы, чем молекулы РНК. Однако только РНК может служить матрицей, которая сохраняет информацию и ее передачу и как катализатор, который полимеризует РНК цепи и копирует свою собственную последовательность (131). В мире РНК молекулы РНК должны были бы сами хранить наследственную информацию и функционировать и как катализаторы, регулирующие метаболизм (226).

 

Вторым крупным усовершенствованием РНК-организмов было приобретение ДНК. Молекулы ДНК более устойчивы, чем РНК, и потому являются более надежными хранителями наследственной информации. Платой за стабильность стала неспособность молекул ДНК сворачиваться в глобулы и выполнять какие-либо активные действия. Изначально ДНК, скорее всего, была чем-то вроде покоящейся фазы в жизненном цикле самовоспроизводящихся колоний РНК, и лишь много позднее она стала основным носителем наследственной информации (66, 67).

 

По мнению Барбиери (130), изначально ДНК была не более, чем загрязнением РНК. Однако она оказалась идеальным паразитом и, в конце концов, взяла на себя функцию хранения информации – часть функций первичной клетки по сохранению информации была необратимо передана ДНК. Данная модель объясняет, почему в ДНК только 5% нуклеотидных последовательностей кодируют белки, а остальное является шумом, она снимает вопрос вероятности. Тем самым гипотеза Увессе–Барбиери снимала возражения к гипотезам первичности белков и гипотезе первичности ДНК. [Талантливые ребята, эти теоретики! Нужна гипотеза, объясняющая проблему курицы и яйца, - пожалуйста! – отстоя.NET]

 

Каждые три нуклеотида в молекуле ДНК кодируют одну аминокислоту в молекуле белка. Сейчас никто не знает, как именно появился генетический код. Известно, что он одинаков у всех живых организмов. Скорее всего, в начале генетический код был неполным, нечетким, неточным. Катализ был не точный, а приблизительный. Генетический код возник один раз, все ныне живущие организмы унаследовали именно этот генетический код. Нельзя исключить, что были и другие варианты, но они не дожили до наших дней (67).