Si può fare! Creata in laboratorio molecola chiave per il mondo a RNA

Il lavoro di due scienziati dello Scripps Research Institute in California permetterebbe di compiere un passo in avanti epocale per ricreare un “mondo perduto” di 4 miliardi di anni fa

Si chiama 24-3 polimerasi ed è un ribozima (una molecola di RNA capace di catalizzare specifiche reazioni come fanno gli enzimi) che può non solo replicare corte molecole di RNA, ma anche sintetizzarne di funzionali e con strutture complesse. In altre parole, è capace di svolgere quasi tutte le funzioni di quegli “enzimi a RNA” che avrebbero sostenuto la vita prima dell’avvento di quelli proteici.

La molecola è stata descritta da uno studio pubblicato su PNAS, in cui David P. Horning e Gerald F. Joyce hanno utilizzato tecniche di evoluzione molecolare in vitro per creare un ribozima che potesse svolgere queste funzioni, fondamentali per supportare un vero e proprio mondo a RNA. A tale scopo, i ricercatori sono partiti da un “enzima a RNA” sviluppato da altri ricercatori nei primi anni ’90, capace sì di sintetizzare RNA, ma utilizzando solo una limitata gamma di sequenze stampo di partenza. Inoltre, le molecole formate da questo ribozima originario non erano in grado di assumere strutture anche solo moderatamente complesse, e di essere quindi in grado di svolgere determinate funzioni.

Dopo aver apportato diverse modifiche alla struttura del ribozima di partenza, è stato creato un pool di miliardi e miliardi di sue varianti distinte, introducendo casualmente delle mutazioni nelle loro sequenze nucleotidiche. Mimando un processo di selezione naturale, da questo insieme di varianti sono state poi selezionate quelle in grado di sintetizzare particolari molecole di RNA con struttura complessa, e capaci di legarsi e riconoscere a loro volta specifiche molecole.

Al termine di questo processo, il ribozima più efficiente in queste operazioni è risultato quello poi chiamato 24-3 polimerasi, che mostrava una velocità di sintesi 100 volte maggiore rispetto al ribozima originario di partenza, potendo creare 40.000 copie di una molecola stampo in 24 ore, una sorta di PCR unicamente a RNA. Inoltre, questo “enzima a RNA” era capace di sintetizzare non solo 2 di quei particolari RNA “selettivi”, ma anche diverse altre molecole di RNA con strutture complesse che esistono in natura, e persino un RNA transfer (la molecola che accoppia gli aminoacidi ai corrispondenti codoni sull’RNA messaggero) di lievito.

Benché molecole complete del tRNA di lievito siano state ottenute con rese piuttosto basse (0,07%), questa rappresenterebbe comunque la prima volta che una molecola di questo tipo viene sintetizzata da un ribozima dalla fine del l’RNA World, circa 4 miliardi di anni fa.

In definitiva, questo ribozima è la prima molecola a RNA capace di combinare la sintesi di RNA funzionali con la replicazione di sequenze di RNA, due abilità fondamentali per un mondo a RNA, ipotizzato essere il precursore di quello attuale, basato su DNA e proteine.

Ma cosa manca a molecole di questo tipo per sostenere un vero e proprio mondo a RNA, antenato della vita così come la conosciamo? I ribozimi dovrebbero migliorare ulteriormente le loro capacità replicative, copiando molecole di RNA ancora più lunghe e formandone con strutture più complesse, fino ad essere in grado di autoreplicarsi. Gli esperimenti di questo gruppo di ricerca sono orientati proprio verso questo traguardo.


Riferimento:
David P. Horning and Gerald F. Joyce. Amplification of RNA by an RNA polymerase ribozyme. PNAS, 2016 doi: 10.1073/pnas.1610103113

Immagine: Sergii Ieromin – Fotolia.com