Одной из главных загадок происхождения жизни остаётся «курица или яйцо»: как РНК могла способствовать образованию первых клеток ещё до появления клеточных мембран, чтобы удерживать РНК в одном месте и позволять ей взаимодействовать? В отсутствие клеточных compartmentRNA-структуры, чувствительные к экстремальным условиям, требовали особых условий. Разъяснение может дать концепция конденсатов РНК — жидкоподобных капель без мембран, которые способны концентрировать молекулы РНК в одном месте и тем самым увеличить шансы химических взаимодействий, а также обеспечить защиту от суровых окружающих условий. Эти идеи частично подкрепляются результатами совместного проекта, включавшего Университет Буффало и Принстонский университет, и опубликованными в Nature Communications на раннем доступе. Такие конденсаты могли стать мостиком между простыми молекулами и первыми формами жизни. [2, 3, 4, 7, 12]

Исследование показывает, что очень маленькая химическая разница между РНК и ДНК существенно влияет на способность РНК образовывать конденсаты по мере роста температуры. По мере прогрева конденсатов РНК переходят из подвижной жидкости в более жёсткую, гелеподобную структуру, а РНК в составе капель формирует связанные сети внутри капель. Эти наблюдения поддерживают идею, что такие особенности могли способствовать устойчивости РНК в ранних условиях и способствовать её взаимодействиям до появления мембранных клеток.

В ходе работы, посвящённой «мировой теории РНК», учёные сравнивали РНК и одноцепочечную ДНК со схожыми последовательностями и зафиксировали, что РНК начинает конденсироваться примерно на 10 градусов Цельсия позже ниже соответствующей ДНК. Этот вывод подчёркивает, что РНК склонна к конденсации сильнее ДНК. В сопутствующих экспериментах исследователи также зафиксировали большую вероятность формирования межсвязанных сетей внутри капель и ускорения перехода в гелеподобное состояние при росте температуры. Эти различия могут отражаться на эволюционных путях ранних биологических систем. [14, 15, 16, 18, 9]

Механизм, который лежит в основе этого эффекта, оказывается связан с очень небольшой разницей в молекулярной структуре: у РНК в sugar-ряду присутствует группа 2′-гидроксиль (2′-OH), которой нет в ДНК. Именно эта группа, по данным исследования, позволяет РНК более крепко взаимодействовать с ионами магния и меньше окружать backbone водой, что облегчает приближение молекул РНК друг к другу и их агрегацию с повышением температуры. Эти различия по сути делают РНК более податливой к формированию конденсатов. [18, 21, 22]

Учёные также экспериментировали с химическим изменением 2′-OH на 2′-Ome — модификацию, встречающуюся во многих натуральных РНК. Применение этой модификации снижало склонность РНК образовывать конденсаты и влиялo на характер их структурных переходов от жидкости к гелю, что подчёркивает значимость именно этой группы для поведения молекул. Комментируя результаты, ведущий автор Гейбл Уэдсворс отметил, что «одна кислородная группа на сахаре РНК имеет поразительно сильное влияние на то, собираются ли молекулы вместе, остаются ли динамичными или переходят в застывшую фазу»; он упомянул и о намерении продолжить работу в направлении создания RNA-«компартментов», напоминающих клетки, способных выполнять базовые клеточные реакции. [23, 24]

Исследование продолжит линию проектов Банерджи по РНК-мировой теории: в её группе ставят цель не только понять базовый механизм формирования конденсатов, но и попытаться «скроить» активные, клеткоподобные капли на основе РНК, способные выполнять простые химические реакции. Если удастся добиться таких компартментов, это может стать основой для создания синтетических клеток из РНК и дать новые подсказки о том, как простые молекулы органически организовывались в более сложные системы до появления современных клеток. В перспективе такие конденсаты могут стать «мостиком» между простыми молекулами и первым обликом жизни. [25, 26, 27, 29, 28]