Почему ДНК и РНК не единственные генетические молекулы?

Согласно результатам нового исследования, миллионы возможных химических соединений могут быть использованы для хранения генетической информации. Более того, ученые предполагают, что существует не просто горстка альтернативных молекул для хранения генетической информации, а миллионы. Сложный компьютерный анализ показал, что вместо двух нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) в организме могут функционировать миллионы других молекул. Современная наука при этом гласит, что генетическая информация транскрибируется из ДНК в РНК, которая затем переводит эту информацию в полезные продукты, например белки. Новое исследование, однако, предполагает, что ДНК и РНК – всего лишь два варианта из миллионов других. Полученные результаты имеют важное значение для разработки новых лекарств, а также понимания происхождения жизни на Земле и ее возможного присутствия в остальной части Вселенной.

ДНК и РНК

Биологи утверждают, что генетическая информация течет от ДНК к РНК к белкам, и как только эта информация передается белку, она вернуться в виде ДНК или РНК снова она не сможет. Этот процесс, кажется, является универсальным среди всех живых организмов. Но что, если это не обязательно? Может ли генетическая информация храниться в других средах, кроме двух нуклеиновых кислот?

Существуют аналоги нуклеиновых кислот, многие из которых служат основой для важных лекарств для лечения вирусов, таких как ВИЧ и гепатит, а также для лечения рака, но до недавнего времени никто не был уверен, сколько неизвестных аналогов нуклеиновых кислот может существовать.

Генетическая информация транскрибируется из ДНК в РНК, которая затем переводит эту информацию в полезные продукты, такие как белки. Новое исследование, однако, педполагает, что ДНК и РНК-всего лишь два варианта из миллионов других.

В попытках расставить все точки над «i» авторы исследования, опубликованного в журнале Journal of Chemical Information and Modeling, с помощью компьютерной техники, которая генерирует все возможные молекулы, соответствующие набору определенных критериев, решили провести химический анализ. В данном случае критерием являлся поиск соединений, которые могли бы служить аналогами нуклеиновых кислот и средством хранения генетической информации.

«Мы были удивлены результатом этих вычислений», – сказал соавтор исследования Маркус Мерингер в интервью Big Think. «Было бы очень трудно априори оценить, что существует более миллиона подобных нуклеиновым кислотам каркасов. Теперь мы знаем это и можем начать исследовать некоторые из них в лаборатории.»

Отметим, что само исследование представляет собой длинный список из кандидатов, которые будут изучены для использования в качестве лекарств от серьезных заболеваний, таких как ВИЧ или рак. Более интригующая возможность, предложенная исследованием, заключается в том, что сама жизнь, возможно, сделала свои самые первые шаги, используя одно из этих альтернативных соединений.

Строительный кирпичик жизни – молекула ДНК – выглядит так.

Многие ученые считают, что до того, как ДНК стала доминирующим средством хранения генетической информации, жизнь использовала РНК для кодирования генетических данных и передачи их потомству. Отчасти это связано с тем, что РНК может непосредственно производить белки, чего ДНК не может сделать сама по себе, и потому, что это более простая структура, чем ДНК.

Со временем жизнь, вероятно, начала выбирать использование ДНК для хранения из-за ее большей стабильности и полагаться на РНК как на своего рода посредника для производства белков. Но РНК сама по себе все еще является очень сложным соединением и довольно нестабильна; по всей вероятности, что-то более простое появилось раньше РНК, возможно, с использованием некоторых аналогов нуклеиновых кислот, выявленных в этом исследовании.

Галактика аналогов нуклеиновых кислот

Это не только проливает свет на то, как жизнь могла зародиться на Земле, но и имеет последствия для инопланетной жизни. Как пишут авторы научной работы, действительно интересно рассмотреть потенциал альтернативных генетических систем, основанных на этих аналогичных нуклеозидах. Интересно также предположить, что они, возможно, возникли и эволюционировали в различных средах и даже на других планетах или лунах в нашей Солнечной системе.

Появление жизни на нашей планете – один из величайших вопросов, на который пока нет точного ответа.

Эти альтернативные генетические системы могли бы расширить наше понимание биологии и эволюции, что помогло бы решить множество проблем здесь, на Земле. Когда мы ищем внеземную жизнь, часто мы ищем признаки РНК и ДНК, но это может быть чрезмерно узкой областью поиска и вряд ли приведет к каким-либо результатам. В конце концов, если существуют миллионы альтернатив, в жизни должно быть что-то особенное, чтобы повсеместно одобрять использование только ДНК и РНК.