Naar de content

Nieuw puzzelstukje gevonden in de oersoep

Chemici vinden nieuwe route waarbij RNA en DNA ontstaan vanuit dezelfde bouwsteen

Patrick Massot via Wikimedia Commons CC BY-SA4.0

De zoektocht naar de oorsprong van leven heeft weer een nieuw puzzelstukje opgeleverd. Chemici hebben een route gevonden waarmee je uit hetzelfde molecuul zowel de onderdelen van RNA als van DNA kunt maken.

4 april 2019

Structuur en samenstelling van RNA (links) en DNA (rechts).

Sponk via Wikimedia Commons CC BY SA 3.0

Al het leven dat we nu kennen, van de alleroudste oerbacteriën tot de moderne mens, maakt gebruik van dezelfde dragers en doorgevers van genetische informatie: RNA en DNA. Beide zijn extreem lange moleculen waarin vier specifieke bouwstenen in een specifieke volgorde aan elkaar zijn gekoppeld. Veel te ingewikkeld om zomaar in de oersoep te ontstaan. Voor het maken, kopiëren, aflezen, repareren en opvouwen van DNA en RNA heeft een cel, ook de allerprimitiefste oercel, dan ook een hele batterij aan gespecialiseerde eiwitten beschikbaar.

Dit hele systeem is gedurende de evolutie ontwikkeld, maar wat ging er aan vooraf? Hoe zijn die twee ingewikkelde moleculen, die dus onmisbaar zijn voor het leven op aarde, ooit ontstaan? En is het leven begonnen dankzij RNA, de ‘eenvoudige’ van de twee, en kwam DNA pas veel later? Die vragen houden onderzoekers die werken aan de oorsprong van leven al tientallen jaren bezig. Het antwoord is er nog niet, maar een recente publicatie in het tijdschrift Nature Chemistry claimt de vondst van een nieuw stukje van de grote puzzel.

Zwavelhoudende modderpoel bij de Solfatara, een nog actieve vulkaan in de buurt van Napels. Geen oersoep, maar de hoge concentratie zwavel en de hoge temperatuur waren op de jonge aarde waarschijnlijk wel mogelijk.

Patrick Massot via Wikimedia Commons CC BY-SA4.0

Gezamenlijke bouwsteen

Chemici onder leiding van onder andere John Sutherland van het MRC Laboratory of Molecular Biology in Cambridge, met wie NEMO Kennislink al eerder sprak over prebiotische chemie, laten zien dat de bouwstenen van zowel RNA als DNA gevormd kunnen worden vanuit hetzelfde molecuul, genaamd 2-thiouridine. De groep van Sutherland had al eerder laten zien dat de bouwstenen van RNA gevormd kunnen worden onder zogeheten prebiotische condities – ‘oersoep’-achtige omstandigheden, zonder tussenkomst van levende cellen of eiwitten. In dat proces wordt 2-thiouridine gevormd als tussenstap op weg naar de RNA bouwstenen.

Nu laten ze zien dat, wederom onder diezelfde prebiotische condities, 2-thiouridine ook verder kan reageren tot de bouwstenen van DNA. Dat is een interessante vondst, omdat dit wijst op een prebiotisch verband tussen RNA en DNA – ze hebben mogelijk een gemeenschappelijke chemische voorouder. Met deze mogelijkheid werd wel rekening gehouden, maar tot nu toe was het niet gelukt om het daadwerkelijk aan te tonen in chemische experimenten.

Mogelijke connectie

Zo’n vondst wordt in persberichten en afgeleid nieuws al snel opgeblazen tot een cruciale doorbraak in de zoektocht naar het allereerste leven, maar daarvoor is het nog veel te vroeg, zegt Sijbren Otto, hoogleraar systeemchemie aan de Rijksuniversiteit Groningen. Otto werkt zelf ook aan de chemische oorsprong van leven, maar was niet betrokken bij dit onderzoek. “Dit soort onderzoek hebben we echt nodig, omdat het laat zien wat er chemisch mogelijk is. Deze resultaten laten een mogelijke connectie zien tussen RNA en DNA, met de nadruk op ‘mogelijk’, want het is in dit veld heel lastig om te bewijzen hoe het ooit echt is gegaan. En misschien zijn er nog wel meer mogelijke connecties.”

Aan de nieuw gevonden route richting de DNA-bouwsteen kleven volgens Otto nog wel wat bezwaren. “Wat mij meteen opviel is dat die voorloper van de DNA-bouwstenen na vorming heel snel weer uit elkaar valt. Ik denk nu niet onmiddellijk ‘ja, zo moet het wel gegaan zijn’. Voor mij laat dit onderzoek vooral zien dat er een connectie is gevonden, maar niet dat dit dé route naar prebiotisch DNA is. Tegelijkertijd is het wel zo dat hoe meer je van dit soort mogelijke routes hebt, hoe waarschijnlijker bepaalde transformaties zijn en hoe beter je scenario’s kunt opstellen die verklaren hoe je van het ene molecuul naar het andere zou kunnen komen.”

Verschillende visies

Sutherland werkte voor deze studie samen met Ramanarayanan Krishnamurthy van het Amerikaanse Scripps Research Institute. Een opvallende samenwerking, omdat beide onderzoekers een heel andere visie hebben op de chemische oorsprong van leven. Otto: “Sutherland is ervan overtuigd dat in de oersoep meteen RNA is ontstaan, omdat de chemie laat zien dat dat mogelijk is. Volgens Krishnamurthy zijn RNA en DNA producten van een evolutionair proces, waarin er eerst veel meer verschillende oligonucleotiden [het type molecuul waar ook RNA en DNA bij horen, red.] waren en gaandeweg zijn RNA en DNA gevormd en overgebleven.”

Dat ze ondanks die verschillen toch samenwerken is essentieel, zegt Otto. “Je moet in dit veld echt openstaan voor andermans ideeën, want niemand weet precies hoe het zit. Het is een grote puzzel waarvan we niet weten hoe die eruit ziet en hoeveel stukjes er zijn. Dit onderzoek brengt eigenlijk twee kleine puzzelstukjes bij elkaar. Je weet nu dat je die twee aan elkaar kunt verbinden.” Dat is mooi, maar hij benadrukt dat je ook met een compleet opgeloste puzzel nog niet weet hoe het leven is ontstaan. “Je hebt dan een beeld van alle bouwstenen en hoe die zijn gevormd. Maar dat geeft je alleen structuren, wat je ook nog moet begrijpen is hoe die losse bouwstenen iets zijn gaan ‘doen’. Hoe is daaruit een levend geheel gevormd? Die stap moeten we ook nog zetten.”

Bron:

J. Xu, N.J. Green, C. Gibard, R. Krishnamurthy, J.D. Sutherland, Prebiotic phosphorylation of 2-thiouridine provides either nuclotides or DNA building blocks via photoreduction Nature Chemistry (2019), doi:10.1038/s41557-019-0225-x

ReactiesReageer