Å sette teorien om 'RNA Verden' på prøve med "Pistol" (Evolution News & Views 24 februar 2017)
(Oversatt fra: http://www.evolutionnews.org/2017/02/putting_the_rna103513.html -tilgang sist 28.2.17)


Tilhengere av RNA-verden teorien, for livets opprinnelse trenger å presentere resultater: RNA-molekyler som kan lagre informasjon og utføre nyttig reaksjoner og reproduserer seg selv og dannes spontant i et plausibelt prebiotisk miljø. En ny kandidat har dukket opp.

Bilde 1. Struktur for 'Pistol-enzymet'


Se «Pistol»: et "selv-spaltende ribosym," annonsert i Proceedings of the National Academy of Sciences. Vi vet at de tre forfatterne fra Yale - Nguyen, Wang og Steitz - tror det er relevant for livets opprinnelse, fordi de forteller oss det i åpningsdelen om "Betydningen" av sin artikkel:
«Basert på "RNA-verden" teorien, utførte sannsynligvis ribosymer biokjemiske reaksjoner lenge før organismer utviklet seg til å bruke protein-enzymer som bio-katalysatorer. Den fortsatte oppdagelsen av nye strukturer for små selv spaltende ribosymer har belyst bevarte mekanismer i utviklingen, for eksempel syre-base katalyse for selv delings-reaksjon. Her presenterer vi krystallstrukturen av en nylig oppdaget klasse av selv spaltende ribosymer kalt «Pistol» og hvordan den sannsynligsvis bruker «phosfphoester» overføringsmekanismen for selvdeling. Resultatene som presenteres her, tyder på at «Pistol» bruker en evolusjonært konservert delings-mekanisme, som er som andre selv spaltende ribosymer, slik som «Twister, Hammerhead, Hairpin, og Hepatitis Delta Virus» ribozymer.
Er det alt som er? Ribosymet begår selvmord? Lik andre ribosym-kandidater? Neste.


Det er ikke mye annet å si. Likevel, la oss lese videre og se om de kan forklare hva i all verden denne «Pistol» har for å løse seg selv, uten å skyte RNA-verden i foten. Vi søkte etter frasene "RNA Verden" og "livets opprinnelse." Sistnevnte er ikke funnet. Førstnevnte er bare nevnt én gang i innledningen:
"RNA verden" hypotesen spekulerer at RNA utførte de fleste biokjemiske reaksjoner før utviklingen av komplekse protein-enzymer. Ribozymer er ikke-{protein– oversetters tilføyelse} kodende RNA som utfører katalytiske aktiviteter. I motsetning til proteinenzymer, har kun en håndfull av ribozymer kjente biologiske funksjoner. Deres biologiske funksjoner spenner fra å regulere genuttrykket (f.eks ribo-svitsjer) og utføre peptidyl-overføringsreaksjoner (f.eks ribosom) for å fjerne intron-sekvenser i gener.. De biologiske funksjoner og mekanismer av disse ribozymer har blitt oppdaget gjennom strukturelle og biokjemiske studier.
Så langt, får vi vite at bare en "håndfull" av ribozymer er kjent, de har en jobb å gjøre i levende celler, og RNA verden hypotesen "spekulerer". Vi har veldig lyst til å se noe testbar vitenskap, ikke spekulasjon.

Bilde 2. Dannelse av RNA


Nærmere bestemt må den RNA verden hypotese for å oppfylle fire krav:

  1. Et ribosym må dannes spontant i plausible prebiotiske forhold. Ingen intelligent design tillatt.

  2. Den må være i stand til å formere seg før den første cellen vises, slik at naturlig utvalg kan tre inn.

  3. Den må gjøre noe nyttig for en fremtidig levende organisme.

  4. Det må lagre informasjon om hvordan en skal gjøre det nyttig noe. (Merk: kutte deg selv i halvparten er en dårlig kandidat for en nyttig funksjon.)

Et selv spaltende RNA som «Pistol» mister båt-avgangen på minst tre av disse kravene. I levende celler, har Pistol-klassen av ribosymer en funksjon, ‘delta i ødeleggelsen av andre RNA-molekyler (mens den begår selvmord i prosessen). Forfatterne sier:
«Små selv spalte ribosymer har blitt oppdaget i alle evolusjonære områder av livet. De kan katalysere setespesifikk RNA-spalting, og som et resultat, har de relevans i genregulering.
Men å ha en funksjon nå i celler, sier oss ingenting om noe prebiotisk Ribosym, fordi Pistol er syntetisert fra DNA. Hvordan kunne et nakent RNA i en ur-suppe dukke opp uten hjelp fra kodet informasjon?
Vi lærer av en artikkel i Nature Chemical Biology http://www.nature.com/nchembio/journal/v11/n8/full/nchembio.1846.html  at Pistol ble oppdaget i 2015. Det var et sjeldent funn.


Enzymer laget av RNA katalyserer reaksjoner som er nødvendige for proteinsyntese og RNA prosessering. Men slike naturlige ribosymer er svært sjeldne, noe som gjenspeiles av det faktum at funnraten for nye klasser har sunket til én per tiår fra ca. én per år, i løpet av 1980-tallet. Faktisk er bare 11 forskjellige ribosym klasser blitt eksperimentelt validert hittil. Nylig, gjenkjente vi at selv spaltende ribosymer ofte forbindes med visse typer gener fra bakterier. Heri utnyttet vi denne foreningen til å identifisere avvikende arkitekturer for to tidligere kjente ribosym klasser, og å oppdage flere ikke-kodende RNA-motiver som er selv spaltende RNA kandidater. Vi identifiserte tre nye selv spaltende klasser, som vi kalte «Twisted Sister, Pistol og Øks», fra denne samlingen, noe som tyder på at enda flere ribosymer forblir skjult i moderne celler.


Vi lærer litt mer om hva Pistol gjør fra et papir i tidsskriftet RNA (2015):
Selv spalte ribozymer er utbredt i alle områder av livet og deres arkitektoniske mangfold er uovertruffen av noen annen type naturlig katalytisk RNA. Disse ribozymer har evnen til å spalte deres ribose-fosfat-hovedkjeden ved spesifikke seter via intern fosfoester overføring med hastighetskonstanter som vanligvis overstiger 10 millioner ganger lignet med spontan RNA-degradering. De ni kjente selvgående spalte ribozym klasser er i stand til å utføre denne funksjon ved hjelp av en rekke strukturer som danner unike katalytiske kjerner ....
Alt dette er irrelevant for livets opprinnelse. Vi har bare blitt fortalt at RNA ribozymer er svært sjeldne, og de er ikke på langt nær så allsidig som protein enzymer. Alle ribosymer som er beskrevet er blitt funnet i levende celler, kodet av DNA for bestemte funksjoner. Men i ur-suppen, kunne det skje? I Illustra filmen Origin, forklarer Ann Gauger hvor delikat RNA er i laboratoriet. Hvor mye mer sannsynlig vil det dannes spontant i et "absolutt rot" av kjemisk suppe, som Paul Nelson beskriver i det tidligste ur-havet?
Tim Standish legger til: "Hvis du bare ser på et RNA-molekyl, synes det å falle i stykker" - enda raskere i vann!


I Susan Mazur bok The Origin of Life Circus, beskriver ledende ‘opprinnelse-til-liv ‘ forskere absolutt katastrofe for et RNA-verden scenario i én-til-én intervjuer hun tok opp personlig.
Lawrence Krauss forteller henne (s. 35): "Spørsmålet er, kan RNA bli til naturlig? Det har vært en stor snublestein"
David Deamer forteller henne (s 43). At RNA og DNA-monomerer ikke kobles naturlig opp til hverandre: "De termodynamiske lover tillate dem ikke å polymere, fordi det er en enorm energi- barriere for å få dem til å danne bånd" Det er særlig tilfelle i vann, sier han, som bryter ned (hydrolyserer) RNA.

Bilde 3. Interavhengighet i nåværende organismer


Sara Walker forteller Mazur at forskere må flytte vekk fra RNA-Verdenen, "fordi de fleste av ‘opprinnelse-til-liv’ samfunnet ikke tror det er det definitive svaret." Walker sier selv: "Jeg kan ikke se hvordan en RNA-verden med bare RNA kan fungere" (s. 68).
Loren Williams forteller henne den opprinnelige RNA World ( "alt RNA, hele tiden, og ingenting annet") er ufornuftig og død. RNA kan ikke ha gjort alt som opprinnelig ble hevdet. "Et annet problem er knyttet til opprinnelsen av RNA selv. Hvor ble RNA fra? Hvor kom RNA-forløpere fra?" (s. 96).


Steven Benner forteller Mazur (s. 81), "vi vet ikke hvordan nyttig funksjon er fordelt i sekvens- mellomrom. Du har 4 opphøyd i 100 forskjellige sekvenser av RNA, i en nukleotide som har en lengde på 100. Vi vet ikke hvor produktiv funksjon fordeles der, i forhold til destruktiv funksjon. " Det er sjanse for at destruktive prosesser øker like så mye som produktive prosesser, legger han til. På side 151-152, lister Benner fire store "paradokser" for RNA verden: tjære-problemet, vann-problemet, entropi-problemet og ødeleggelses-problemet.
RNA-verdensmester Nick Hud har forlatt tanken om at RNA vil dannes på egen hånd. Han er på jakt etter kandidater ikke bare proto-RNA, men "pre-proto-RNA" fordi, som Mazur minner ham på: «RNA selv faller fra hverandre" (s.87).
Stuart Kauffman forteller Mazur at de "prøvde i 40 år å få single-RNA-molekyler til å replikere, kanskje med hundrevis av kjemikere, og de mislyktes alle. Det burde fungere. Men det gjorde ikke det. Og etter 40 år eller 50 år, tenker du-. kanskje det er feil idé, folk har virkelig prøvd hardt "(s 111)..

 


Jack Szostak øker tidsestimatet til 60 år, for at forskere har arbeidet på dette problemet med ikke-enzymatisk replikering. "Problemet er RNA faller fra hverandre," sier han (s. 218).
Norm Packard forteller Mazur, "Det er problemer med RNA-verden tilnærmingen. Det viktigste er hvordan du får RNA til å starte å bli produsert i første omgang" (s. 297). Han ser for seg et enzym gjør det. Denne spekulasjonen fører selvfølgelig, til et åpenbart problem: "Men hvordan får du det enzymet?"


Pier Luigi Luisi er nådeløs i sitt angrep, og kalte RNA-verdenen en «grunnløse fantasi." Mazur setter hans kritikk i fet skrift på sidene 362-363, der han finner det "full av konseptuelle feil", inkludert dens opprinnelse, termodynamikk, sekvensproblemet, problemet med konsentrasjon og mer. Historien om RNA som forvandles til ribosymer han kaller "chemical non-sense" (s. 363).
Luisi gjør deretter en tilståelse så modig, sier Mazur, "Det er bemerkelsesverdig å høre deg si det."
«Det virkelige problemet er å få lage ordnede sekvenser av aminosyrer, eller selvfølgelig ordnede sekvenser av nukleinsyrer - og om det er den prebiotiske RNA-verden helt stille. Men dette synet på den prebiotiske RNA-verden er fortsatt det mest populære. Jeg tror det er et tilfelle av samfunns- vitenskapelig psykologi, mer enn av vitenskapen selv».

Bilde 4. Oppsummering for opprinnelse av RNA-liv


Vi blir minnet om Harold S. Bernhardt beskrivelse av RNA verden: "det verste teorien om den tidlige utviklingen av livet (bortsett fra alle de andre)."
Med disse kommentarer fra ledere i ‘opprinnelse-til-liv’ feltet i tankene, går vi tilbake til «Pistol» artikkelen. Synes du ikke det er lite ‘ingeniørlikt ‘av forfatterne å nevne RNA verden? Gitt at deres funn bare viser programmerte funksjoner i levende organismer, som bygger ribozymer fra DNA-koden, hvilken mulig relevans har det for en "grunnløs fantasi" med så mange paradokser og problemer? Kunne det være at de engasjerte seg i "samfunnsvitenskapelig psykologi mer enn RNA"?
Du bestemmer. Vi vil holde til det positive. Vi kjenner til en årsak som nå er i virksomhet, som kan "fremskaffe ordnede sekvenser" av byggeklosser og få dem til å samhandle på funksjonelle måter. Den årsaken er (unødig å si?) intelligens.

 

Oversatt av Asbjørn E. Lund (Bildene sto ikke i opprinnelig artikkel, evt. untatt det 1., og er satt inn av undertegnede, se lenke i Bilde-nr)