En enda process för hur en grupp molekyler som kallas nukleotider gjordes på den tidiga jorden, innan livet började, har föreslagits av en UCL-ledd forskargrupp.

Nukleotider är viktiga för allt liv på jorden eftersom de bildar byggstenarna i DNA eller RNA, och att förstå hur de först gjordes är en långvarig utmaning som måste lösas för att klargöra livets ursprung.

I en studie, publiceras idag i Naturkommunikation och finansierat av Ingenjörs- och fysikaliska forskningsrådet, Simons Foundation and the Origins of Life Challenge, forskare från UCL, Harvard University och Massachusetts General Hospital föreslår en enda kemisk mekanism genom vilken båda klasserna av nukleotider - puriner och pyrimidiner - kunde ha bildats tillsammans.

Före nu, forskare trodde att de två klasserna av nukleotid måste ha gjorts separat och under ömsesidigt oförenliga förhållanden. Denna studie är den första som visar att både puriner och pyrimidiner kan bildas från en gemensam prekursormolekyl som fanns innan livet började.

"Vi ger ett nytt perspektiv på hur de ursprungliga RNA-molekylerna tillverkades och föreslår en enkel kemisk lösning för att leverera både purin- och pyrimidinnukleotider vid livets ursprung, " förklarade motsvarande författare, Dr Matthew Powner (UCL Chemistry).

"RNA är hörnstenen i allt liv på jorden och bar förmodligen den första informationen i livets början, men framställning av RNA kräver att både purin- och pyrimidinnukleotider är tillgängliga samtidigt. En lösning på detta problem har varit svårfångad i mer än 50 år."

Teamet visade hur puriner och pyrimidinnukleotider båda kan sättas ihop på samma sockerställning för att bilda molekyler som kallas ribonukleotider som används för att konstruera RNA.

Purin- och pyrimidinnukleotider används för att skapa DNA och RNA. Purin- och pyrimidinnukleotiderna binder till varandra genom specifika molekylära interaktioner som ger en mekanism för att kopiera och överföra information på molekylär nivå, som är avgörande för genetiken, replikering och evolution. Därför anses att förstå ursprunget till nukleotider vara nyckeln till att förstå ursprunget till själva livet.

Teamet upptäckte att molekyler, kallas 8-oxo-adenosin och 8-oxo-inosin, som är purin-ribonukleotider, kan bildas under samma kemiska betingelser som de naturliga pyrimidinribonukleotiderna. De fann också att en kemisk prekursor kan divergent ge både purin- och pyrimidinribonukleotider.

"Mekanismen vi har rapporterat ger båda klasserna av molekyler samma stereokemi som finns universellt i sockerställningen av biologiska nukleinsyror, vilket tyder på att 8-oxo-purin ribonukleotider kan ha spelat en nyckelroll i primordiala nukleinsyror, " sa Dr Shaun Stairs (UCL Chemistry), första författare till studien.

Teamet planerar nu att ytterligare undersöka mekanismer som använder 8-oxo-puriner för att överföra information, som kan hjälpa forskare att bättre förstå livets första informationsöverföringssystem.