Skip to main content

Peptide based self-replicating coacervate protocells

Article Category

Article available in the folowing languages:

Nowe spojrzenie na początki życia

Protokomórki dają badaczom możliwość lepszego zrozumienia procesu, który doprowadził do wyłonienia się z molekularnej zupy żywych komórek.

Badania podstawowe

Wiemy już, że żywe komórki, a więc takie, które replikują się i ewoluują do formy organizmów, powstały z mieszaniny prostych cząsteczek. Pytanie o to, jak tego dokonały, pozostaje jedną z największych tajemnic nauki. „Fundamentalne pytanie nurtujące chemików i biologów dotyczy tego, w jaki sposób doszło do powstania samoreplikującej się protokomórki z mieszaniny cząsteczek”, mówi Evan Spruijt, adiunkt na Wydziale Fizycznej Chemii Organicznej Uniwersytetu im. Radbouda. Dzięki wsparciu finansowanego ze środków UE projektu PEPREP Spruijt wraz z Manzarem Abbasem, stypendystą działania „Maria Skłodowska-Curie”, starają się rozwikłać tę zagadkę. W tym celu opracowują protokomórki – przedziały subkomórkowe podobne do tych w żywej komórce, które można wytworzyć z prostych cząsteczek, posiadające zdolność do naśladowania jednej lub kilku kluczowych właściwości żywych komórek. „Mamy nadzieję, że dzięki tym protokomórkom uda się nam odkryć, jakie elementy są niezbędne do tego, aby z mieszaniny cząsteczek powstała żywa komórka”, wyjaśnia Abbas.

Fascynujące odkrycie

Już wcześniej wielu innych naukowców podjęło próbę opracowania protokomórki. Problem jednak w tym, że wykorzystane do tego celu względnie duże i złożone cząsteczki jeszcze nie istniały w momencie powstania życia. Dlatego zamiast nich badacze z projektu PEPREP wykorzystali peptydy – krótkie łańcuchy aminokwasów. „Zdecydowaliśmy się postawić na peptydy, ponieważ ich budowa jest prosta, a ponadto są jednym z najważniejszych elementów budulcowych współczesnych komórek”, przekonuje Spruijt. „Po uwzględnieniu wszystkich szczegółów molekularnych peptydów chcieliśmy doprowadzić do ich spontanicznej replikacji w procesie reakcji chemicznej, otrzymując tym samym replikującą się protokomórkę”. Choć badaczom nie udało się doprowadzić do samoreplikacji peptydów, ich starania zaowocowały niezwykłym odkryciem. „Wiemy, że kropelki koacerwatów – płynne kropelki, jakie tworzą cząsteczki na bazie peptydów, mogą przechwytywać i magazynować wiele innych istotnych cząsteczek”, mówi Abbas. „Odkryliśmy, że ta sekwestracja w połączeniu z unikalnym środowiskiem chemicznym panującym we wnętrzu kropelek może zwiększać siłę reakcji chemicznych”. Zdaniem Spruijta tego rodzaju efekt katalityczny zademonstrowano po raz pierwszy. „Jeżeli możliwe jest spontaniczne powstanie przedziału subkomórkowego przypominającego żywą komórkę i katalizowanie przez niego ważnych reakcji chemicznych, to taka zdolność daje samemu przedziałowi, jaki i formującemu go peptydowi przewagę ewolucyjną, która być może pomoże w wyjaśnieniu, w jaki sposób powstały samoreplikujące się protokomórki”, dodaje badacz.

O jeden krok bliżej

Mimo że badaczom z projektu PEPREP nie udało się doprowadzić do samoreplikacji peptydów, zdołali oni stworzyć protokomórki z nowego rodzaju cząsteczki opartej na peptydzie. „Nasz pomysł oparliśmy na najprostszych cząsteczkach, w których zachodzi separacja faz ciecz–ciecz umożliwiająca formowanie niewielkich kropelek, które przypominają przedziały subkomórkowe w żywych komórkach”, mówi Abbas. „Taka konstrukcja przybliża nas do zrozumienia procesu powstawania życia i tworzenia się pierwszych komórek”. Wyniki projektu zostały opublikowane w kilku najważniejszych czasopismach naukowych, w tym na łamach „Nature Chemistry”.

Słowa kluczowe

PEPREP, protokomórki, komórki, cząsteczki, organizmy

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania