Badania

Skamieliny w DNA

Opublikowano: 2019-07-15

forum akademickie

Na młodą Ziemię z atmosferą pozbawioną tlenu docierało silne promieniowane UV i w takich właśnie warunkach powstawały pierwsze biocząsteczki, do dzisiaj tworzące DNA i RNA.

Dr Rafał Szabla z Instytutu Fizyki Polskiej Akademii Nauk w Warszawie, wyróżniony w tegorocznej edycji stypendiów START Fundacji na rzecz Nauki Polskiej, prowadzi badania z dziedziny fotochemii cząstek. Bada zachowanie cząstek pod wpływem światła w czasie jednej milionowej sekundy, symulując reakcje, jakie mogły zachodzić u zarania życia na Ziemi.

– DNA i białka zachowują swoje właściwości, mimo że są poddane działaniu promieni. Ta niezwykła fotostabilność podstawowych cegiełek budujących życie i niedawno odkryte mechanizmy autonaprawcze krótkich fragmentów DNA mogą być więc tzw. molekularnymi skamielinami, wskazującymi na pochodzenie biocząsteczek na naszej planecie – mówi dr Szabla.

Promieniowanie UV jest ważnym źródłem energii, ponieważ umożliwia reakcje chemiczne, często niemożliwe w innych warunkach. Większość znanych ścieżek reakcji chemicznych prowadzących do prostych biomolekuł, takich właśnie jak np. cegiełek RNA lub DNA, w warunkach młodej Ziemi zawiera w sobie kluczowe etapy związane z długotrwałym naświetlaniem promieniowaniem UV, które brało udział w selekcji cegiełek budujących życie, a także umożliwiło ich syntezę.

Dr Szabla prowadzi obliczenia kwantowo-mechaniczne i symulacje, które pozwalają na bardzo dokładne zobrazowanie zachowania cząsteczek pod wpływem oddziaływania z promieniowaniem UV. To pozwala zrozumieć, w jaki sposób mogły zachodzić reakcje chemiczne i co decyduje o wysokiej fotostabilności biomolekuł.

– Symulacje służą nam jako molekularny mikroskop, za pomocą którego podglądamy elementarne reakcje i procesy. Możemy opisać ich kluczowe parametry, na przykład wymaganą energię. Taka wiedza pozwala nam też przewidywać właściwości cząsteczek. Dzięki niej można przeprowadzać coraz lepsze eksperymenty symulujące chemię młodej Ziemi – mówi dr Szabla.

Prowadzone przez niego obliczenia pozwolą nam zrozumieć, dlaczego w skład DNA weszły jedynie cztery wybrane zasady azotowe: A, G, T i C, uniwersalne dla wszystkich organizmów żywych, a dlaczego takiej funkcji nie mogą pełnić dziesiątki innych, bardzo podobnych cząsteczek.

DNA lub RNA to tzw. polimery informacyjne, stanowiące „przepis” na białko. Mogą ulegać modyfikacjom pod wpływem różnych czynników. Dr Szabla analizuje takie modyfikacje, które mogły nadać im kluczowe właściwości przedłużające ich przeżywalność. Bada modyfikacje, dzięki którym DNA i RNA miały zdolność do samo powielania się w ostrych warunkach młodej Ziemi.

– Badania pochodzenia życia na ziemi wymagają multidyscyplinarnego podejścia. Reakcje chemiczne muszą być osadzone w konkretnych kontekstach i warunkach geologicznych lub astrofizycznych – tłumaczy dr Szabla.

Dr Szabla jest członkiem międzynarodowej grupy zajmującej się badaniami pochodzenia życia na Ziemi (Simons Collaboration on the Origins of Life) finansowanej przez Fundację Simonsa z USA. Specjaliści z różnych dziedzin nauki, takich jak chemia organiczna, geochemia, astrochemia, biochemia czy nawet astrofizyka i nauki planetarne, chcą wspólnie zbudować prostą komórkę w warunkach abiotycznych, czyli takich, jak wówczas, gdy na planecie nie było jeszcze życia.

Dr Szabla współpracuje z zespołami eksperymentalistów z Wielkiej Brytanii (University College London i MRC Laboratory for Molecular Biology) oraz Stanów Zjednoczonych (Harvard University oraz University of California, Santa Barbara).

– Badania te pozwolą na lepsze zrozumienie, czy życie jest niezwykle rzadkim zjawiskiem we Wszechświecie, czy też mogło powstać w jednym z niedawno odkrytych sąsiednich układów planetarnych – wyjaśnia dr Szabla.

Wiedza, jaką zdobędą naukowcy na temat biocząsteczek i procesów biochemicznych, może mieć w przyszłości także zastosowania praktyczne, np. w przypadku zmiany materiału genetycznego komórek rakowych, aby można je było skutecznie niszczyć.

– Moje badania nad alternatywnymi składnikami DNA i RNA mają bardzo wiele wspólnego z fotodynamicznymi terapiami stosowanymi do leczenia raka. Być może pogłębienie wiedzy na temat elementarnych zjawisk zachodzących w DNA ułatwi udoskonalanie tych terapii w przyszłości mówi dr Szabla.

JK

(Źródło: PAP Nauka w Polsce)


PARTNERZY

forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie