Kemister vid Scripps Research har gjort en upptäckt som stöder en överraskande ny syn på hur livet härstammar från vår planet.

I en studie publicerad i kemitidningen Angewandte Chemie , de visade att en enkel förening som kallas diamidofosfat (DAP), som troligen fanns på jorden innan livet uppstod, kunde ha kemiskt stickat ihop små DNA -byggstenar som kallas deoxynukleosider i delar av ur -DNA.

Fyndet är det senaste i en rad upptäckter, under de senaste åren, som pekar på möjligheten att DNA och dess nära kemiska kusin RNA uppstod tillsammans som produkter av liknande kemiska reaktioner, och att de första självreplikerande molekylerna-de första livsformerna på jorden-var blandningar av de två.

Upptäckten kan också leda till nya praktiska tillämpningar inom kemi och biologi, men dess huvudsakliga betydelse är att den tar upp den urgamla frågan om hur livet på jorden först uppstod. Särskilt, det banar väg för mer omfattande studier av hur självreplikerande DNA-RNA-blandningar kunde ha utvecklats och spridit sig på den ursprungliga jorden och i slutändan fröit till den mer mogna biologin hos moderna organismer.

"Detta fynd är ett viktigt steg mot utvecklingen av en detaljerad kemisk modell av hur de första livsformerna har sitt ursprung på jorden, "säger studiens seniorförfattare Ramanarayanan Krishnamurthy, Ph.D., docent i kemi vid Scripps Research.

Fyndet knuffar också in fältet för livets ursprungskemi bort från hypotesen som har dominerat det under de senaste decennierna:"RNA World" -hypotesen antyder att de första replikatorerna var RNA-baserade, och att DNA uppstod först senare som en produkt av RNA -livsformer.

Är RNA för klibbigt?

Krishnamurthy och andra har tvivlat på RNA World-hypotesen delvis eftersom RNA-molekyler helt enkelt kan ha varit för "klibbiga" för att fungera som de första självreplikatorerna.

En sträng av RNA kan locka andra individuella RNA -byggstenar, som håller fast vid den för att bilda en slags spegelbildsträng-varje byggsten i den nya strängen binder till sin komplementära byggsten på originalet, "mall" -sträng. Om den nya strängen kan lossna från mallsträngen, och, genom samma process, börja malla andra nya delar, då har den uppnått den självreplikation som ligger bakom livet.

Men medan RNA -strängar kan vara bra på att utforma komplementära strängar, de är inte så bra på att skilja sig från dessa trådar. Moderna organismer tillverkar enzymer som kan tvinga tvinnade strängar av RNA - eller DNA - att gå skilda vägar, vilket möjliggör replikering, men det är oklart hur detta kunde ha gjorts i en värld där enzymer ännu inte fanns.

En chimär lösning

Krishnamurthy och kollegor har i senaste studier visat att "chimära" molekylära strängar som är del -DNA och del -RNA kan ha kunnat komma runt detta problem, eftersom de kan malla kompletterande trådar på ett mindre klibbigt sätt som gör att de kan separeras relativt enkelt.

Kemisterna har också visat i allmänt citerade papper under de senaste åren att de enkla byggstenarna ribonukleosid och deoxynukleosid, av RNA respektive DNA, kunde ha uppstått under mycket liknande kemiska förhållanden på den tidiga jorden.

Dessutom, 2017 rapporterade de att den organiska föreningen DAP kunde ha spelat den avgörande rollen att modifiera ribonukleosider och sammanfoga dem till de första RNA -strängarna. Den nya studien visar att DAP under liknande förhållanden kunde ha gjort samma sak för DNA.

"Vi hittade, till vår förvåning, att att använda DAP för att reagera med deoxynukleosider fungerar bättre när deoxynukleosiderna inte är desamma utan istället är blandningar av olika DNA -bokstäver som A och T, eller G och C, som verkligt DNA, "säger författaren Eddy Jiménez, Ph.D., en postdoktoral forskningsassistent i Krishnamurthy lab.

"Nu när vi förstår bättre hur en urkemi kunde ha gjort de första RNA och DNA, vi kan börja använda den på blandningar av ribonukleosid och deoxynukleosid byggstenar för att se vilka chimära molekyler som bildas-och om de kan replikera sig själv och utvecklas, "Säger Krishnamurthy.

Han noterar att arbetet också kan ha breda praktiska tillämpningar. Den artificiella syntesen av DNA och RNA-till exempel i "PCR" -tekniken som ligger till grund för COVID-19-tester-uppgår till ett stort globalt företag, men beror på enzymer som är relativt bräckliga och därmed har många begränsningar. Robust, enzymfria kemiska metoder för att göra DNA och RNA kan bli mer attraktiva i många sammanhang, Säger Krishnamurthy.