Gli scienziati dell'ETH sono stati in grado di dimostrare che una struttura proteica diffusa in natura – l'amiloide – è teoricamente in grado di moltiplicarsi. Questo lo rende un potenziale predecessore di molecole che sono considerate i mattoni della vita.

A lungo considerata un'aberrazione biologica, gli amiloidi sono aggregati fibrosi di brevi frammenti proteici. Gli amiloidi hanno una cattiva reputazione perché si pensa che siano la causa di molteplici malattie neurodegenerative, compreso l'Alzheimer, Parkinson e malattia di Creutzfeldt-Jakob.

Solo di recente i ricercatori hanno scoperto che le amiloidi appaiono come elementi costitutivi strutturali e funzionali in un'ampia gamma di forme di vita, da batteri, lieviti e funghi per l'uomo. Nei vertebrati, svolgono un ruolo nella produzione del pigmento melanina, mentre le cellule di lievito utilizzano aggregati di amiloide per formare una sorta di memoria molecolare.

Catalizzatori nell'evoluzione prebiotica

Composto da brevi peptidi, le fibre amiloidi possono accelerare le reazioni chimiche in modo simile agli enzimi; sono quindi stati visti per diversi anni come candidati per le prime molecole precursori della vita. Fino ad ora, però, un'importante proprietà chimica mancava nella teoria del ruolo degli amiloidi nell'abiogenesi:l'autoreplicazione.

I primi sostenitori dell'ipotesi amiloide includono il professor Roland Riek e il suo assistente senior Jason Greenwald, dal Laboratorio di Chimica Fisica. In un esperimento, ora sono stati in grado di dimostrare che gli amiloidi possono fungere da stampo chimico per la sintesi di brevi peptidi. E il punto critico:"Questa capacità si applica potenzialmente anche all'amiloide stessa, il che significa che le molecole possono auto-replicarsi, " dice Riek. I ricercatori hanno riportato i loro risultati in uno studio in Comunicazioni sulla natura .

Modello per l'auto-replica

La capacità di autoreplicarsi è considerata un prerequisito essenziale per ogni prima forma di vita. Dimostrando che gli amiloidi si autoreplicano, Riek e il suo team non solo hanno evidenziato un altro aspetto sorprendente di questa proteina comunemente sottovalutata, ma ha anche riempito un anello precedentemente mancante nell'argomento dell'ipotesi dell'amiloide.

Quasi due anni prima, gli scienziati dell'ETH avevano già dimostrato in un esperimento che le strutture amiloidi possono formarsi spontaneamente con sorprendente facilità - da semplici amminoacidi che probabilmente esistevano già quando la Terra era ancora senza vita, e in condizioni di reazione che sembrano molto plausibili per la zuppa primordiale (come riportato da ETH News).

Lo stesso vale per la sintesi peptidica appena scoperta:"Il meccanismo di reazione sembra essere di natura generale. È stabile in un'ampia gamma di temperature e concentrazioni di sale, in ambienti sia acidi che alcalini, " spiega Greenwald.

Questa scoperta rafforza l'opinione dei ricercatori che all'inizio della storia evolutiva, gli amiloidi avrebbero potuto svolgere un ruolo centrale nello sviluppo delle prime forme di vita come portatori di informazioni e unità catalitiche.

Non solo un mondo a RNA

Fino ad ora, però, l'idea più diffusa per gli inizi molecolari della vita è stata l'ipotesi dell'RNA, che vede l'acido ribonucleico (RNA) come l'unico attore chiave nella zuppa primordiale prebiotica. Questo è perché, come il DNA del materiale genetico, Le molecole di RNA possono codificare informazioni, e sono anche in grado di auto-replicarsi.

I ricercatori dell'ETH stanno ora raccogliendo il dogma prevalente di un mondo basato sull'RNA. Pensano che l'ipotesi dell'amiloide sia più plausibile; in primo luogo, perché le molecole di RNA con una funzione biologica sono molto più grandi e complesse, quindi è improbabile che si formino spontaneamente in condizioni prebiotiche. "Inoltre, gli amiloidi sono molto più stabili dei primi polimeri di acidi nucleici, e hanno una via di sintesi abiotica molto più semplice rispetto alla complessità degli RNA catalitici conosciuti, "dice Greenwald.

Riek aggiunge:"Non saremo mai in grado di dimostrare che è vero - per farlo, dovremmo tornare indietro dagli ultimi 4 a 4,5 miliardi di anni di evoluzione. Però, sospettiamo che non fosse uno, ma molteplici processi molecolari con varie molecole precedenti che sono state coinvolte nella creazione della vita".