Cum să creezi viaţă în laborator: secretul se găseşte în… lămâi?

„Am găsit o soluţie la vechea problemă a originii vieţii celulare”, spune Jack Szostak, de la Massachusetts General Hospital din Boston, SUA.

Experimentul face parte dintr-un proiect pe termen lung, prin care oamenii de ştiinţă încearcă să înţeleagă cum au apărut pe Terra primele forme de viaţă, din molecule lipsite de viaţă.

• O turistă a murit în timp ce își făcea un selfie lângă lacul din craterul unui…
• Mici, dar istețe: cum influențează lumea insectele și alte nevertebrate?

Pentru a reconstitui procesul, cercetătorii au realizat experimente cu structuri celulare simple, „protocelule”, un fel de bule de acizi graşi. Acestea reprezintă un fel de versiuni brute ale celulelor din care sunt constituite organismele vii.

Deşi lipsite de structurile intracelulare complexe, ele se pot totuşi reproduce prin diviziune, formând protocelule-fiice.

Dar asta nu e de ajuns pentru viaţă; fiinţele vii sunt caracterizate şi prin existenţa unui material genetic, purtător al codului genetic – „instrucţiunile” după care se formează şi funcţionează orice vieţuitoare -, iar acest material genetic trebuie să fie capabil să se autoreplice. 

La organismele de azi, informaţia genetică este stocată în ADN, dar primele forma de viaţăp de pe Pământ foloseau proababil ARN ca materie primă pentru genele lor.

ARN este o moleculă mai simplă decât ARN şi poate să îndeplinească mai multe funcţii care ar fi fost utile organismelor primordiale. 

Cercetătorii de la Massachusetts General Hospital au reuşit deja să determine protocelulele să înglobeze molecule de ARN; următoarea provocare era de a face acest ARN să se autoreplice, adică informaţia genetică să fie copiată pe alte molecule de ARN, astfel încât protocelulele-fiice să capete, fiecare, propria sa copie  a materialului genetic al protocelulei-mamă.

Moleculele de ARN realizează copii ale lor însele cu ajutorul unui ansamblu de molecule mai  mici, numite nucleotide, fiecare nucleotidă reprezentând o „literă” din codul genetic. Nucleotidele se ataşează unele de altele după modelul oferit de ARN, pentru a se înşira în ordinea corectă, formându-se astfel o nouă moleculă de ARN, identică cu prima.

În condiţii de laborator, asamblarea nucleotidelor este catalizată de ioni de magneziu sau alte particule încărcate electric.

Dar, în condiţiile experimentului realizat de cercetătorii de la Massachusetts General Hospital, această metodp nu era cea mai potrivită, deoarece ionii de magneziu reacţionează cu acizii graşi din care este alcătuită membrana protocelulei, dezintegrând-o şi ducând astfel la distrugerea celulei şi a moleculelor de ARN abia formate.

De aceea, cercetătorii au trebuit să găsească o nouă metodă.

 Au încercat diferite soluţii, adăugând diverse substanţe în amestecul de magneziu şi protocelule, şi au identificat, în cele din urmă, una care stabiliza protocelulele şi permitea copierea ARN.

Substanţa  în cauză este citratul, care poate fi obţinut cu uşurinţă din acid citric. În protocelule, fiecare moleculă de citrat „învăluie” un ion de magneziu, împiedicându-l să interacţioneze cu acizii graşi, dar permiţându-i totuşi să interacţioneze cu ARN-ul.

Dacă citratul ar fi fost un ingredient esenţial, pentru apariţia celulelor vii, atunci el trebuie să fi fost abundent pe Terra în urmă cu 4 miliarde de ani. Citratul există în multe organisme, vii, dar nu se ştie dacă exista şi pe atunci.

Cercetătorii caută, de aceea, şi alte substanţe care să poată stabiliza protocelulele şi să permită copierea ARN; până acum, au obţinut unele rezultate cu mici molecule de peptide, dar niciuna nu s-a dovedit aşa de eficientă precum citratul.

Metoda utilizată de cercetătorii de la Massachusetts General Hospital este simplistă; nu foloseşte enzime – aşa cum se întâmplă azi la organismele vii – pentru a permite copierea informaţiei genetice, iar cercetătorii urmăresc să facă acest proces de copiere mai rapid şi mai precis. 

Există şi o metodă alternativă, testată de Philipp Holliger de la Laboratorul de Biologie Moleculară al Universităţii Cambridge, Marea Britanie.

ARN însuşi poate acţiona ca o enzimă, astfel încât Holliger încearcă să creeze o enzimă ARN care să se poată autoreplica, accelerându-şi propria copiere. Recent, a reuşit să obţină o astfel de enzimă care poate copia lanţuri de ARN mai lungi decât ea însăşi – un pas major în obţinerea unei enzime auto-copiante.

Alţi cercetători cred totuşi că asemenea enzime complexe au evoluat probabil într-un stadiu mai tardiv, după apariţia vieţii bazate pe ARN. În absenţa acestor enzime, citratul rămâne un „candidat” bun pentru stimularea proceselor de autoreplicare a materialului genetic în celule.

Sursa: New Scientist