Феликс Филатов - Клеймо создателя

Менее прицельные эксперименты, начатые еще алхимиками с целью получить гомункулюса ( маленького человечка ) в колбе, продолженные знаменитой попыткой Юри и Миллера, получивших в колбе соединения, из которых мог бы такой гомункулюс состоять, продолжаются и сейчас, обновляемые введением в систему дополнительных параметров, предполагаемых на ранней Земле. В самом общем виде об экспериментах этого рода мы уже говорили. Очень похоже, что их задача может быть выполнена только если в колбе будут аккумулированы все начальные параметры. Между тем, по крайней мере, три из них до сих пор в этой работе не предусматривались. Первый – это воспроизведение не столько мыслимых на сегодня благоприятных условий для возникновения жизни, сколько их бесконечного разнообразия в замкнутом пространстве лабораторной колбы. Вряд ли молекулярные процессы, которые привели к возникновению жизни (генетического кода), происходили в единственном пузырьке, вмещающем несколько сотен или тысяч или даже миллионов молекул. Вероятнее, таких пространств-пузырьков было множество – в одних формировались различные варианты гиперциклов Эйгена, в других происходили отдельные события, моделируемые более прицельными экспериментами; позднее эти пузырьки объединялись в самых различных вариантах – пока не случилась комбинация, имевшая эволюционную перспективу.

Второй, не использованный до сих пор в таких экспериментах параметр – это время, то есть, миллиард лет напряженной работы. Классический эксперимент Стенли Миллера (1952г) длился неделю и показал наличие в реторте 5 аминокислот. Миллер повторил свой эксперимент в 1958г, добавив в исходную смесь сероводород, в избытке содержащийся в продуктах вулканических извержений. Часть образцов он оставил нетронутыми. Спустя полвека Джеффри Бада из Института океанологии Калифорнийского университета в Сан-Диего проанализировал эти образцы и обнаружил в них ещѐ и серусодержащие аминокислоты, которые были продуктами реакции, а не результатом жизнедеятельности контаминирующих бактерий. В определенной степени, это, конечно, результат применения современных методов анализа, неизвестных во времена Миллера. А если бы и сам эксперимент длился 50 лет? А если бы он длился ту же неделю – но в библейском исчислении, в котором один день – это два миллиарда лет? Прицельными экспериментами – с небольшим числом рационально подобранных компонентов – мы пробуем сократить необходимое для эксперимента время, но пока неясно даже, двигаемся ли мы в правильном направлении.

Наконец, третий параметр – это ввод в систему гравитационного ритмоводителя, не слишком понятную роль которого (облигатную или факультативную – неизвестно) в природе играет Луна. Собственно, весь этот «эксперимент» уже поставлен (правда, не нами), мы – его отдаленный (хотя, возможно, и не конечный) результат.

В настоящее время одними из наиболее интересных экспериментов первой группы, целью которых является выяснение конкретных молекулярных механизмов формирования генетического кода, являются эксперименты с так называемыми аптамерами, небольшими молекулами РНК или одноцепочечных ДНК, структура которых (выясняемая опытным путем) делает их высокоаффинными специфическими лигандами по отношению к молекулам изучаемого вещества. Аптамеры, используемые для исследования происхождения генетического кода, отличаются определенным, пусть и не слишком сильным, стереохимическим сродством с аминокислотами. Такие аптамеры отбираются из комбинаторных библиотек РНК-олигонуклеотидов специальными методами (SELEX-методы от англ. S ystematic E volution of L igandsby Ex ponential Enrichment), суть которых заключается в каскадном обогащении отдельных компонентов этих библиотек, отбираемых на сорбентах, с последующим секвенированием сконцентрированного и очищенного продукта.

Почему аптамеры так привлекательны? Во-первых, потому, что тРНК – по крайней мере, для десяти аминокислот – узнается соответствующей АРСазой и присоединяет специфическую аминокислоту даже если эту тРНК «обрезать» до размера акцепторной мини-спирали (иногда и короче), содержащей ССА-3» -конец 67

И наоборот: «обрезанная» молекула АРСазы (в некоторых случаях – обрезанная таким образом, что она «не достает» до антикодона) сохраняет тРНК-специфичность. Эти поразительные наблюдения привели исследователей6 к мысли о существовании особого, «операционального» кода, который определяет самостоятельное узнавание молекулами АРСаз «своих» тРНК по последовательностям акцепторного стебля в районе «посадки» аминокислоты.

Во-вторых, оказалось, что определенные аминокислоты (не все) обладают выраженным сродством к некоторым РНК-аптамерам – в частности, к таким, которые содержат кодоны и антикодоны, узнающие эти аминокислоты в соответствии с современным генетическим кодом. Исследователи отмечают независимость такого сродства от механизмов трансляции, так что жизнь в принципе могла его использовать и до формирования этих механизмов. Последующие адаптации привели, в конечном счете, к возникновению известной сегодня трансляции, основными компонентами которой являются тРНК и АРСазы. И если ранние АРСазы имели, скорее всего, РНК-природу, то гипотетический претрансляционный операциональный код мог быть использован для сборки первых аминокислотных последовательностей – пептидов, способных по эффективности полезных функций выигрывать соперничество с ферментами РНК-мира. Не факт, что этот примордиальный код был даже триплетным. Выяснилось, в-третьих, что сродство аминокислот с аптамерами определяется наличием в составе последних, скорее, антикодонных, нежели кодонных участков.

Гипотеза Сергея и Александра Родиных 68предполагает, что на ранних этапах операциональный код был ориентирован на РНК-последовательности, ставшие позднее акцепторным стеблем тРНК. Он кодировал четыре-шесть аминокислот; постепенно этот набор обогащался, расширяясь по флангам, пока из первичного кода не выделился тот строгий вариант, который мы сегодня и называем универсальным генетическим. Не слишком, но все же заметная регулярность структуры тРНК, навела этих исследователей на забавную мысль о поэтапной эволюции молекулы тРНК в результате последовательного удлинения (по схеме Фибоначчи) двух исходных компонентов – антикодонного триплета ( 3 основания) и «хвоста» молекулы 5`- DCCA -3` ( 4 основания), где D —неспаренный нуклеотидный детерминатор (73-й нуклеотид; обычно это пурин – А , реже G ); «хвоста», к которому прикрепляется аминокислота: 3,4,7,11,18,29,47, 76. Шестая итерация привела к числу, соответствующему «стандартной» длине тРНК. Близки к этой гипотезе соображения Деларю 69, который предположил существование каскадного двоичного механизма узнавания АРСазой «своей» тРНК – начиная со второй буквы кодона. Здесь нет необходимости вдаваться в детали, тем более, что молекулярный механизм каскадов Деларю остается неясным.