Il DNA potrebbe essere apparso sulla Terra prima di quanto finora ipotizzato. I chimici LMU guidati da Oliver Trapp mostrano che un semplice percorso di reazione potrebbe aver dato origine a subunità del DNA sulla Terra primordiale.

Come si sono formati per la prima volta gli elementi costitutivi della vita sulla Terra primordiale? Finora, sono disponibili risposte solo parzialmente soddisfacenti a questa domanda. Però, una cosa è chiara:il processo di evoluzione biologica che ha dato origine alla diversità della vita sul nostro pianeta deve essere stato preceduto da una fase di evoluzione chimica. Durante questa fase "prebiotica", le prime molecole polimeriche in grado di immagazzinare informazioni e riprodursi sono state assemblate casualmente da precursori organici disponibili sulla Terra primordiale. I replicatori più efficienti si sono successivamente evoluti negli acidi nucleici informativi macromolecolari - DNA e RNA - che sono diventati la base di tutte le forme di vita sul nostro pianeta.

Per miliardi di anni, Il DNA è stato il principale vettore di informazioni ereditarie negli organismi biologici. I filamenti di DNA sono costituiti da quattro tipi di subunità chimiche, e l'informazione genetica che contiene è codificata nella sequenza lineare di questi "nucleosidi". Inoltre, le quattro subunità comprendono due coppie complementari. Le interazioni tra due filamenti con sequenze complementari sono responsabili della formazione della famosa doppia elica, e svolgono un ruolo cruciale nella replicazione del DNA. L'RNA ha anche funzioni vitali nella replicazione del DNA e nella traduzione delle sequenze nucleotidiche in proteine.

Quale di questi due tipi di acido nucleico è venuto prima? La risposta unanime a questa domanda finora è stata RNA. Modelli plausibili che spiegano come le molecole di RNA avrebbero potuto essere sintetizzate da composti precursori in contesti prebiotici sono stati proposti per la prima volta decenni fa, e da allora hanno ricevuto un sostanziale supporto sperimentale. Inoltre, la sua versatilità conformazionale permette all'RNA sia di immagazzinare informazioni che di agire come catalizzatore. Queste intuizioni hanno portato all'idea di un "mondo a RNA" che ha preceduto l'emergere del DNA, che è ormai ben consolidata tra gli specialisti. Come sono state quindi sintetizzate le prime subunità del DNA? L'opinione generalmente accettata è che questo processo sia stato catalizzato da un enzima, una biomolecola relativamente complessa la cui comparsa avrebbe richiesto milioni di anni di evoluzione.

Ma ora un team di chimici guidati dal professor Oliver Trapp della LMU ha proposto un meccanismo molto più diretto per la sintesi di subunità del DNA da composti organici che sarebbero stati presenti in un ambiente prebiotico. "Il percorso di reazione è relativamente semplice, "dice Trapp, il che suggerisce che potrebbe essere stato realizzato in un ambiente prebiotico. Per esempio, non richiede variazioni dei parametri di reazione, come la temperatura. Negli esperimenti di Trapp, gli ingredienti necessari sono l'acqua, un pH leggermente alcalino e temperature comprese tra 40 e 70°C. In tali condizioni, si ottengono velocità di reazione e rese di prodotto adeguatamente elevate, con elevata selettività e corretta stereochimica.

Ciascuna delle subunità nucleosidici presenti nel DNA è costituita da una base contenente azoto e da uno zucchero chiamato desossiribosio. Fino ad ora, si pensava che i deossinucleosidi potessero essere sintetizzati solo in condizioni prebiotiche accoppiando direttamente questi due componenti preformati insieme. Ma nessun meccanismo non enzimatico plausibile per un tale passo era mai stato proposto. Il tratto essenziale del nuovo percorso, come spiega Trapp, è che lo zucchero non è legato alla base in un solo passaggio. Anziché, è costruito sulla base preformata da una breve sequenza di fasi di reazione che coinvolgono semplici molecole organiche come acetaldeide e gliceraldeide. Inoltre, i ricercatori della LMU hanno individuato una seconda famiglia di possibili precursori del DNA in cui la frazione desossiribosio è sostituita da uno zucchero diverso.

Secondo gli autori dello studio, questi risultati suggeriscono che le prime molecole di DNA potrebbero essere apparse in parallelo con l'RNA, circa 4 miliardi di anni fa. Ciò significherebbe che le molecole di DNA sono emerse circa 400 milioni di anni prima di quanto si pensasse in precedenza.