Indagare sulla questione di come la vita potrebbe essere emersa molto tempo fa sulla Terra primordiale è una delle sfide più affascinanti per la scienza. Quali condizioni devono essersi verificate perché si formassero i mattoni di base di una vita più complessa?
Una delle risposte principali si basa sulla cosiddetta idea del mondo ad RNA, formulata nel 1986 dal pioniere della biologia molecolare Walter Gilbert. L’ipotesi sostiene che i nucleotidi, i mattoni di base degli acidi nucleici A, C, G e U, siano emersi dal brodo primordiale e che le brevi molecole di RNA si sono poi formate dai nucleotidi. Questi cosiddetti oligonucleotidi erano già in grado di codificare piccole quantità di informazioni genetiche.
Poiché tali molecole di RNA a singolo filamento potevano anche combinarsi in doppi filamenti, tuttavia, ciò ha dato origine alla possibilità teorica che le molecole potessero replicarsi, cioè riprodursi. Solo due nucleotidi specifici possono incastrarsi tra loro, il che significa che un filamento è la controparte esatta di un altro e quindi costituisce il modello per un altro filamento.
Nel corso dell’evoluzione, questa replica potrebbe essere migliorata e ad un certo punto ha prodotto una vita più complessa. “L’idea del mondo dell’RNA ha il grande vantaggio di delineare un percorso attraverso il quale possono emergere biomolecole complesse come gli acidi nucleici con proprietà catalitiche ottimizzate e, allo stesso tempo, di codifica delle informazioni“, afferma il chimico LMU Thomas Carell. Il materiale genetico, come lo intendiamo oggi, è costituito da doppi filamenti di DNA, una forma di macromolecola leggermente modificata e durevole composta da nucleotidi.
Tuttavia, l’ipotesi non è priva di problemi. Ad esempio, l’RNA è una molecola molto fragile, soprattutto quando si allunga. Inoltre, non è chiaro come sia potuto avvenire il legame delle molecole di RNA con il mondo delle proteine, per le quali il materiale genetico, come sappiamo, fornisce i modelli. Come illustrato in un nuovo articolo pubblicato su Nature, il gruppo di lavoro di Carell ha scoperto un modo in cui questo collegamento potrebbe essersi verificato.
Per capire, dobbiamo dare un’occhiata più da vicino all’RNA. Di per sé, l’RNA è una macromolecola complicata. Oltre alle quattro basi canoniche A, C, G e U, che codificano informazioni genetiche, contiene anche basi non canoniche, alcune delle quali hanno strutture molto insolite. Questi nucleotidi non codificanti informazioni sono molto importanti per il funzionamento delle molecole di RNA. Attualmente abbiamo conoscenza di più di 120 tali nucleosidi di RNA modificati, che la natura incorpora nelle molecole di RNA. È altamente probabile che siano relitti del precedente mondo a RNA.
Il gruppo Carell ha ora scoperto che questi nucleosidi non canonici sono l’ingrediente chiave, per così dire, che consente al mondo dell’RNA di collegarsi con il mondo delle proteine. Alcuni di questi fossili molecolari possono, quando si trovano nell’RNA, “ornarsi” con singoli amminoacidi o anche piccole catene di essi (peptidi), secondo Carell.
Ciò si traduce in piccole strutture chimeriche di RNA-peptidi quando gli amminoacidi o i peptidi sono presenti in una soluzione contemporaneamente accanto all’RNA. In tali strutture, gli amminoacidi ed i peptidi legati all’RNA reagiscono anche tra loro per formare peptidi sempre più grandi e complessi. “In questo modo, abbiamo creato particelle di RNA-peptide in laboratorio che potrebbero codificare informazioni genetiche e persino formare peptidi allunganti“, afferma Carell.
Gli antichi nucleosidi fossili sono quindi in qualche modo simili ai nuclei dell’RNA, formando un nucleo su cui possono crescere lunghe catene peptidiche. Su alcuni filamenti di RNA, i peptidi stavano persino crescendo in diversi punti.
“È stata una scoperta davvero sorprendente“, afferma Carell. “È possibile che non ci sia mai stato un mondo di RNA puro, ma che RNA e peptidi coesistessero fin dall’inizio in una molecola comune“. In quanto tale, dovremmo espandere il concetto di un mondo ad RNA a quello di un mondo ad RNA-peptidi. I peptidi e l’RNA si sono reciprocamente supportati nella loro evoluzione, propone la nuova idea.
Secondo la nuova teoria, un elemento decisivo all’inizio è stata la presenza di molecole di RNA in grado di adornarsi di amminoacidi e peptidi e quindi unirli in strutture peptidiche più grandi. “L’RNA si è sviluppato lentamente in un catalizzatore di collegamento degli amminoacidi in costante miglioramento“, afferma Carell.
Questa relazione tra RNA e peptidi o proteine è rimasta fino ad oggi. Il catalizzatore di RNA più importante è il ribosoma, che ancora oggi lega gli amminoacidi in lunghe catene peptidiche. Una delle macchine RNA più complicate, è responsabile in ogni cellula della traduzione delle informazioni genetiche in proteine funzionali.
“Il mondo ad RNA-peptidi risolve il problema dell’uovo e della gallina“, afferma Carell. “La nuova idea crea una base su cui l’origine della vita diventa gradualmente spiegabile“.
