Phòng thử nghiệm bước đầu tìm hiểu lịch sử phát sinh sự sống trên trái đất

Các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Simon Fraser (SFU) đã phân lập được manh mối di truyền — một loại enzyme được gọi là ARN polymerase — đưa ra những hiểu biết mới về nguồn gốc của sự sống. Nghiên cứu được công bố ngày 19 tháng 3 trên tạp chí Khoa học.

Các nhà nghiên cứu trong phòng thử nghiệm sinh học phân tử của SFU và giáo sư hóa sinh Peter Unrau đang làm việc để làm sáng tỏ Giả thuyết Thế giới ARN nhằm trả lời cho những câu hỏi cơ bản về sự khởi đầu của sự sống.

Giả thuyết cho rằng sự sống trên hành tinh của chúng ta bắt đầu từ các phân tử axit ribonucleic (ARN) tự sao chép, có khả năng không chỉ mang thông tin di truyền mà còn thúc đẩy các phản ứng hóa học cần thiết cho sự sống, trước khi có sự tiến hóa của axit deoxyribonucleic (ADN) và protein, bây giờ thực hiện cả hai chức năng trong các tế bào của chúng ta.

Thông qua quá trình tiến hóa in vitro trong phòng thử nghiệm, nhóm nghiên cứu đã phân lập được ribozyme ARN polymerase dựa trên promoter — một loại enzyme có khả năng tổng hợp ARN bằng cách sử dụng ARN làm khuôn mẫu — có khả năng kẹp xử lý tương đương với các polymerase protein ngày nay.

Unrau cho biết: “ARN polymerase này có nhiều đặc điểm của các polymerase protein hiện đại; nó được phát triển để nhận ra trình tự thúc đẩy ARN và sau đó sao chép ARN theo quy trình” Unrau nói thêm: "Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy là các enzyme ARN tương tự trong quá trình tiến hóa của sự sống cũng có thể biểu hiện những đặc điểm sinh học phức tạp như vậy".

Có bằng chứng cho thấy ARN có trước ADN và protein. Ví dụ, ribosome, 'cỗ máy' tạo ra protein trong tế bào của chúng ta, được phát triển từ ARN. Tuy nhiên, protein tốt hơn tại các phản ứng xúc tác.

Điều này khiến các chuyên gia đưa ra giả thuyết rằng cỗ máy này là một phát minh của thế giới ARN sau này và không bao giờ bị quá trình tiến hóa loại bỏ.

Vì ARN là một jack-of-all-trades (là một gen có thể thực hiện nhiều chức năng) và có thể thực hiện các chức năng của cả protein và ADN, điều này cho thấy rằng ADN và protein phát triển sau này như một sự 'nâng cấp' để tăng cường các chức năng tế bào do ARN hỗ trợ ban đầu.

Phòng thử nghiệm của Unrau (nằm trong khuôn viên Burnaby của SFU) phát hiện Ribozyme polymerase kẹp và chỉ ra rằng quá trình sao chép ARN bằng chất xúc tác ARN thực sự có thể thực hiện được trong sự sống nguyên thủy.

Mục tiêu dài hạn của Unrau và nhóm của ông là xây dựng một hệ thống tự phát triển trong phòng thử nghiệm. Công việc này liên quan đến sự tạo ra một ribozyme ARN polymerase cũng có thể tự sao chép và duy trì, để hiểu sâu hơn về cách các sinh vật dựa trên ARN khởi đầu sự sống.

Unrau, người cùng với Tiến sĩ Razvan Cojocaru của SFU đã viết Bài báo khoa học này cho biết: "Nếu chúng ta có thể tạo ra một hệ thống dựa trên ARN sống và tiến hóa trong phòng thử nghiệm, chúng ta đã tạo ra một thứ khá đặc biệt, một thứ có lẽ chưa từng tồn tại kể từ buổi sơ khai của sự sống trên hành tinh này".

"Bằng cách hiểu được sự phức tạp cơ bản của sự sống, trong phòng thử nghiệm, chúng ta có thể bắt đầu có cơ hội ước lượng được sự sống trên các hành tinh khác và xác định khả năng các hành tinh như Sao Hỏa đã có hoặc vẫn có tiềm năng tồn tại sự sống".

Thanh Bình dịch

Nguồn: Lab Manager – Hoa kỳ