Нове дослідження ставить під сумнів ключову теорію про походження життя

Що, якби один із найвідоміших будівельних блоків життя весь цей час неправильно розуміли? Нове дослідження ставить під сумнів давні припущення про стародавні білки та їхню роль у виникненні життя. Як виникло життя? Стародавні білки можуть містити важливі підказки. Кожен живий організм на Землі побудований з білків. Сьогодні навіть найпростіші форми життя, такі як одноклітинні організми, містять складні та високоструктуровані білки. Але так було не завжди.

Довгий час вчені вважали, що найдавніші білки виникли з простої структурної особливості, відомої як «мотив». Вважалося, що цей мотив є зародком, з якого еволюціонували складніші білки. Однак нове дослідження спростовує цю ідею. Глобальна команда вчених на чолі з Лінн Камерлін з Технологічного інституту Джорджії та Ліамом Лонго з Інституту наук про Землю та життя в Токіо виявила, що цей мотив може бути не таким центральним, як вважалося раніше, принаймні сам по собі.

«Це, ймовірно, еродована молекулярна скам’янілість, справжня природа якої була перезаписана протягом мільярдів років еволюції», — сказав Камерлін. «Ця робота повністю змінює наше уявлення про білки. Це як спроба зіграти в «Protein Jeopardy»! — тепер нам потрібно переосмислити, яким було початкове питання».

Доісторичні білки

Неважко зрозуміти, чому ця гіпотеза була помилковою так довго. Мотив пов’язаний з елементом фосфором, одним з ключових елементів життя. Багато найдавніших білків зв’язувалися зі сполуками, що містять фосфор. Хоча ці ранні білки мають різні структури, вони часто мають один і той самий мотив.

«Роками дослідники вважали, що сучасні складні білки походять від самого мотиву — що цей крихітний білок дав початок цілим родинам», — сказав Лонго.

Щоб з’ясувати походження білка, дослідники ретельно вивчили доступні дані про кристалічні структури білків. Потім вони ідентифікували та охарактеризували відповідні білки за допомогою обчислювальних методів. Хоча під час моделювання вони розпізнали деякі схожі структури білка, мотив не був ідентичним. Вони виявили, що можливі багато різних типів фосфатзв’язуючих білків. Ідея про те, що цей мотив є якимось особливим сам по собі, була хибною.

«Ми не висуваємо гіпотезу, що очі дали початок головам, хоча майже всі голови мають очі; це тому, що зір включає взаємопов’язані системи», — сказав Камерлін. «Наш ранній пептид є подібним прикладом. Тільки вбудовування в більшу систему дозволяє йому світити».

Можливості білка

Дослідники перевірили цю роботу у водному та метанольному середовищах. Метанол імітує середовища на Землі, де може бути менше води. Дослідники виявили подібні білкові мотиви в цьому метанольному середовищі, що доводить, що відомий мотив не був унікальним, а радше одним із багатьох можливих мотивів зі схожими властивостями. Те, що вважалося будівельним блоком раннього життя, ймовірно, є лише скам’янілим фрагментом, а не повною картиною.

Робота Камерліна та Лонго допомагає їхній галузі не лише визначити, як виникло життя, але й сприяє розвитку біотехнологій. Краще розуміння того, як еволюціонували природні білки, допоможе іншим дослідникам створювати штучні білки для всього, від доставки ліків до нових вакцин. Робота ще далеко не завершена. Тепер, коли дослідники знають, що цей білковий мотив є одним із багатьох можливих варіантів, виникає питання: коли цей мотив став домінуючим, і як ще могло виглядати життя? Ці питання допоможуть науковому світу зробити відкриття, які можуть принести користь усім.