美科學家合成可無限復制的RNA

生命是如何在地球上開始的？這是一個亙古不變的科學話題。可制作自身副本的分子被認為對理解這個過程至關重要，因為它們提供了生命系統(tǒng)的一個重要特征———遺傳基礎。zui近，美國斯克里普斯研究所科學家的新發(fā)現(xiàn)，在回答生命如何開始的生化問題上邁出了重要一步，他們在無需任何蛋白質(zhì)和其他細胞成分的情況下，合成出可自我復制的RNA，而且這種復制可無限進行下去。該項研究成果刊登在zui近出版的《科學》雜志上。
在現(xiàn)代世界中，DNA攜帶著生命體的遺傳序列，而RNA依賴于DNA來履行其諸如合成蛋白質(zhì)等任務。但是，一個關于生命起源的主要理論———RNA世界模型認為，因為RNA同時具有基因和酶的功能，RNA可能先于DNA和蛋白質(zhì)出現(xiàn)，并扮演著生命的祖先分子這一重要角色。然而，復制一個遺傳分子的過程，被認為是生命的一個基本條件，由于涉及眾多的蛋白質(zhì)和其他細胞成分，復制過程極其復雜。
多年來，研究人員一直想了解是否存在一些由RNA自己帶來的復制RNA的簡單方式。此前曾有研究人員沿著此一路線做過一些試探性工作，但并沒有人能證明RNA復制是可以自我增殖的，也就是使新的RNA副本也能復制自身。
 
體外進化RNA酶
 
斯克里普斯研究所的翠西·林肯和她的指導老師杰拉德·喬伊斯教授一直在研究RNA復制概念（RNA-onlyreplicationconcept）。他們一開始使用了一種在體外進化中為人熟知的強制適應方法，目標是采取一個已在實驗室中開發(fā)出的可完成基本化學復制的RNA酶，并將其加以改進到可驅(qū)動、*的自我復制。林肯完成了這項挑戰(zhàn)性的工作，她在實驗室中合成了大量的RNA酶變種，之后采用了一種試管進化程序，從這些RNA酶變種中獲得zui擅長將RN段結(jié)合在一起的變種。
zui終，這一過程使研究小組分離出了原始RNA酶的一個進化版本，該版本是一個非常的復制者，這是包括喬伊斯在內(nèi)的許多研究團隊苦苦奮斗多年想要獲得的東西。這個經(jīng)改進的RNA酶所要完成的首要任務就是能進行*的復制。林肯說，這個結(jié)果令她自己都感到震驚。
 
永存的分子遺傳信息
 
復制系統(tǒng)實際上涉及兩種酶，每種酶都由兩個亞基組成，每種酶都作為催化劑來裝配另外一種酶。復制過程是循環(huán)的，在此過程中*種酶和組成第二種酶的兩個亞基結(jié)合，將其連接形成第二種酶的一個新副本；同時，第二種酶也對*種酶做著同樣的工作。這樣，兩種酶相互裝配對方，用術(shù)語來說叫做交叉復制。只需要剛開始時少量的兩種酶及穩(wěn)定供應的亞基，交叉復制即可無限進行下去。喬伊斯說，這是生物學之外分子信息可永存的*案例。
研究人員并沒有就此停住腳步，他們建立了具有類似功能的各種不同的酶對（enzymepairs）。他們將2種不同的交叉復制對，連同其所有的組成亞基進行混合，讓它們在一次優(yōu)勝劣汰的分子實驗中相互競爭。大多數(shù)情況下，這些復制酶會正確增殖，但有時復制酶也會犯錯誤，將一個亞基和其他復制酶的一個亞基結(jié)合起來。當這種“突變”發(fā)生時，由此產(chǎn)生的重組酶還能持續(xù)復制，但的復制酶數(shù)量會越來越多，始終占據(jù)著混合物的統(tǒng)治地位。
研究表明，該系統(tǒng)能維持分子的遺傳信息，并以一種類似于達爾文進化的方式引起自身的變化。所以，林肯說：“我們現(xiàn)有的研究對象是無生命的，但我們已能表明其擁有類似于生命的特性，這是非常有趣的。”
 
叩擊生命之門
 
生命的歷史起源已永遠不能被地重建了，因此如果沒有一臺可靠的時光機器的話，人們必然就會提出另一個相關的問題：生命是否也許曾在實驗室中被創(chuàng)立。當然，這也許能揭示生命開始時可能的模樣，至少在輪廓上。林肯這樣評論她們的工作，“我們并不是要試圖倒回磁帶，但是相關研究也許能告訴你怎樣去開始理解在實驗室中出現(xiàn)生命這一新過程”。
喬伊斯說，只有當一個實驗室中開發(fā)的系統(tǒng)具有在自身基礎上發(fā)展出新功能的能力時，它才能被稱為所謂的生命。“我們正在叩擊這扇生命之門，但我們還沒有達到這一點”。
研究小組創(chuàng)建的酶中的亞基，每個都包含許多的核苷酸，因此這些亞基是相當復雜的。盡管基礎架構(gòu)看起來是很簡單的，但這項工作zui終表明，一個以RNA為基礎的更為簡單的生命形式至少是有可能的，這必將推動研究人員更加深入地探索有關生命起源的RNA世界模型理論。

美科學家合成可無限復制的RNA