אבני הבניין של לידת החיים: מחקר חדש מסנתז תרכובת מפתח במעבדה

מחקר חדש בראשות חוקרים ב-UCL סינתז בהצלחה תרכובת כימית במעבדה בתנאים שיכולים היו להתקיים בכדור הארץ הקדום, מה שמעיד על מעורבותה הפוטנציאלית בהופעת החיים.

מחקר חדש בראשות חוקרים ב-UCL סינתז תרכובת כימית קריטית לכל צורות החיים בתנאי מעבדה המחקים את אלה של כדור הארץ הקדום, מה שמצביע על חשיבותה בהופעת החיים.

התרכובת, pantetheine, היא המקטע הפעיל של קואנזים A. זה חשוב לחילוף החומרים – התהליכים הכימיים השומרים על החיים. מחקרים קודמים לא הצליחו לסנתז ביעילות את פנטהיין, מה שהוביל להצעות שהוא נעדר במקור החיים.

במחקר החדש, שפורסם בכתב העת מַדָעצוות המחקר יצר את התרכובת במים בטמפרטורת החדר באמצעות מולקולות שנוצרו ממימן ציאניד, שככל הנראה היה בשפע בכדור הארץ המוקדם.

לאחר היווצרותו, אמרו החוקרים, קל לדמיין כיצד פנטתיין עשוי לסייע לתגובות כימיות שהובילו ממבשרים פשוטים של חלבון RNA מולקולות לאורגניזמים החיים הראשונים – רגע שלדעתו התרחש לפני 4 מיליארד שנים.

המחקר מאתגר את הדעה בקרב כמה חוקרים בתחום, לפיה מים הרסניים מכדי שמקורם בהם חיים, וכי מקורם של חיים קרוב יותר לבריכות שהתייבשו מעת לעת.

תפקידם של אמינוטרילים

הניעו את התגובות שיצרו פנטתיין היו מולקולות עשירות באנרגיה הנקראות אמינוניטרילים, אשר קשורות קשר כימי ל חומצות אמינואבני הבניין של חלבונים ושל חיים.

חברי אותו צוות, בראשות פרופסור מתיו פאונר (UCL Chemistry), כבר השתמשו בכימיה דומה המופעלת על ידי אמינוניטרילים כדי להדגים כיצד ניתן ליצור מרכיבים ביולוגיים מרכזיים אחרים במקור החיים, כולל פפטידים (שרשרות יוצרות חלבון של חומצות אמינו ) ונוקלאוטידים (אבני הבניין של RNA ו DNA).

פרופסור פאונר, מחבר בכיר של המאמר, אמר: "מחקר חדש זה מהווה עדות נוספת לכך שהמבנים הבסיסיים של הביולוגיה, המולקולות הראשוניות שמהן בנויה הביולוגיה, נוטים להיווצר באמצעות כימיה של ניטריל.

"הקלות שבה ניתן ליצור סוגים שונים של מולקולות ביולוגיות באמצעות ניטרילים שכנעה אותי שבמקום שלחיים קדמה מולקולה אחת כמו RNA, ושיש 'עולם רנ"א' לפני שהחיים התחילו, המולקולות הבסיסיות של הביולוגיה הופיעו. זה לצד זה – רשת של RNA, חלבונים, אנזימים וקו-פקטורים המובילים לאורגניזמים החיים הראשונים.

"העבודה העתידית שלנו תבחן כיצד המולקולות הללו התאחדו, כיצד כימיה של פנטהיין מדברת עם כימיה של RNA, פפטיד ולפידים, למשל, כדי לספק כימיה שהמחלקות הבודדות של מולקולה לא יכלו לספק בבידוד."

כיוונים עתידיים והקשר היסטורי

ניסיון בולט מוקדם יותר לסנתז פנטטהיין נעשה בשנת 1995 על ידי הכימאי האמריקני המנוח סטנלי מילר, שהחל את תחום הניסויים של מוצא החיים שלושה עשורים קודם לכן, ויצר חומצות אמינו מארבעה כימיקלים פשוטים בצינורות זכוכית.

עם זאת, בניסוי המאוחר יותר של 1995, התשואות של pantetheine היו נמוכות מאוד והצריכו ריכוזים גבוהים במיוחד של כימיקלים שיובשו ונאטמו בצינור אטום לפני שהם חוממו ל-100 מעלות צלזיוס.

ד"ר ג'ספר פיירצ'יילד (UCL Chemistry), מחברו הראשי של המחקר, שערך את העבודה כחלק מהדוקטורט שלו, אמר: "ההבדל העיקרי בין המחקר של מילר למחקר שלנו הוא בעוד שמילר ניסה להשתמש חוּמצָה כימיה, השתמשנו בניטרילים. הניטרילים הם שמביאים את האנרגיה ואת הסלקטיביות. התגובות שלנו פשוט עוברות במים ומייצרות תפוקות גבוהות של פנטתיין עם ריכוזים נמוכים יחסית של כימיקלים הדרושים."

פרופסור פאונר הוסיף: "הונחה שכדאי ליצור את המולקולות האלה מחומצות, כי השימוש בחומצות נראה ביולוגי, וזה מה שמלמדים אותנו בבית הספר ובאוניברסיטה. מלמדים אותנו שפפטידים עשויים מחומצות אמינו.

"העבודה שלנו מעידה שהשקפה קונבנציונלית זו התעלמה ממרכיב חיוני, האנרגיה הנדרשת ליצירת קשרים חדשים. התגובות נראות קצת אחרת עם ניטרילים, אבל לא ניתן להבחין בתוצרים הסופיים – היחידות הבסיסיות של הביולוגיה – אם נוצרו באמצעות כימיה של חומצה או ניטריל".

בעוד שהמאמר מתמקד אך ורק בכימיה, צוות המחקר אמר כי התגובות שהם הוכיחו יכלו להתרחש בבריכות או אגמי מים על כדור הארץ המוקדם (אך לא סביר באוקיינוסים מכיוון שריכוזי הכימיקלים יהיו יותר מדי דָלִיל).

המחקר החדש נתמך על ידי מועצת המחקר להנדסה ומדעי הפיזיקה, קרן סימונס וקרן פולקסווגן.