Aggregati simili a proteine noti come amiloidi possono legarsi a molecole di materiale genetico. È possibile che questi due tipi di molecole si siano stabilizzati a vicenda durante lo sviluppo della vita e che ciò abbia persino aperto la strada al codice genetico.
Il modo in cui gli organismi si sviluppano dalla materia inanimata è una delle più grandi domande della scienza. Sebbene siano state proposte molte possibili spiegazioni, non esistono risposte definitive. Non c'è da stupirsi:questi processi hanno avuto luogo da 3 a 4 miliardi di anni fa, quando le condizioni sulla Terra erano completamente diverse da oggi.
"In questo vasto periodo di tempo, l'evoluzione ha completamente cancellato le tracce che riconducono alle origini della vita", afferma Roland Riek, professore di chimica fisica e direttore associato del nuovo Centro interdisciplinare per l'origine e la prevalenza della vita dell'ETH di Zurigo. La scienza non ha altra scelta che formulare ipotesi e confermarle nel modo più completo possibile con dati sperimentali.
Per anni Riek e il suo team hanno perseguito l'idea che gli aggregati simili alle proteine, noti come amiloidi, potrebbero aver svolto un ruolo importante nella transizione tra la chimica e la biologia.
Il primo passo del gruppo di ricerca di Riek è stato quello di dimostrare che tali amiloidi possono formarsi con relativa facilità nelle condizioni che probabilmente esistevano sulla Terra primordiale:in laboratorio basta un po' di gas vulcanico (oltre a abilità sperimentali e molta pazienza). ) affinché gli amminoacidi semplici si combinino in corte catene peptidiche, che poi si assemblano spontaneamente in fibre.
Successivamente, il team di Riek ha dimostrato che gli amiloidi possono replicarsi, il che significa che le molecole soddisfano un altro criterio decisivo per essere considerate molecole precursori della vita. E ora i ricercatori hanno seguito la stessa linea per la terza volta con il loro ultimo studio, in cui dimostrano che gli amiloidi sono in grado di legarsi con molecole sia di RNA che di DNA.
Queste interazioni sono in parte basate sull'attrazione elettrostatica, poiché alcuni amiloidi sono, almeno in alcuni punti, caricati positivamente, mentre il materiale genetico trasporta una carica negativa, almeno in un ambiente da neutro ad acido. Riek e il suo team hanno però notato anche che le interazioni dipendono anche dalla sequenza dei nucleotidi di RNA e DNA nel materiale genetico. Ciò significa che potrebbero rappresentare una sorta di precursore del codice genetico universale che unisce tutti gli esseri viventi.
Eppure, "anche se vediamo differenze nel modo in cui le molecole di RNA e DNA si legano agli amiloidi, non capiamo ancora cosa significhino queste differenze", dice Riek. "Il nostro modello probabilmente è ancora troppo semplice." Per questo motivo ritiene particolarmente importante un altro aspetto dei risultati:quando il materiale genetico si attacca agli amiloidi, entrambe le molecole acquistano stabilità. Nei tempi antichi, questa maggiore stabilità potrebbe essersi rivelata un grande vantaggio.
Questo perché allora, nel cosiddetto brodo primordiale, le molecole biochimiche erano molto diluite. Confrontatelo con le cellule biologiche odierne, all'interno delle quali queste molecole sono strettamente legate insieme. "Gli amiloidi hanno il potenziale dimostrato di aumentare la concentrazione locale e l'ordine dei nucleotidi in un sistema disordinato altrimenti diluito", scrivono i ricercatori di Riek nel loro articolo pubblicato sul Journal of the American Chemical Society .
Riek sottolinea che, sebbene la competizione sia centrale nella teoria dell'evoluzione di Darwin, anche la cooperazione ha svolto un ruolo evolutivo importante. Entrambe le classi di molecole beneficiano dell'interazione stabilizzante tra amiloidi e molecole di RNA o DNA perché le molecole a vita lunga si accumulano più fortemente nel tempo rispetto alle sostanze instabili. Può anche darsi che la cooperazione molecolare, piuttosto che la competizione, sia stata il fattore decisivo nell'emergere della vita.
"Dopo tutto, allora probabilmente non c'era carenza di spazio o di risorse", afferma Riek.
Ulteriori informazioni: Saroj K. Rout et al, Un'analisi delle interazioni nucleotide-amiloide rivela un legame selettivo all'RNA di dimensioni codoniche, Journal of the American Chemical Society (2023). DOI:10.1021/jacs.3c06287
Informazioni sul giornale: Giornale dell'American Chemical Society
Fornito da ETH Zurigo
