מדענים יצרו אנזים המשעתק את עצמו
האנזים יצר עוד אנזים והם החלו לשעתק זה את זה בתהליך הדדי. יכולתו של אנזים בודד ליצור תהליך אינסופי של העברת מידע גנטי עשוי לספק רמזים לפתרון אחת התעלומות הגדולות מכולן: איך נוצרו החיים על כדור הארץ?
מאמר שיוצא לאור השבוע, בכתב העת Science, נטל על עצמו משימה "צנועה". לתת תשובה לשאלה איך נוצרו החיים על פני כדור הארץ. כידוע לנו, מקור החיים הוא בתא והמרכיב היסודי בתא הוא הדנ"א, אותן מולקולות היוצרות את המטען הגנטי העובר בתורשה מהורים לצאצאיהם. התהליך הראשוני, המוביל ליצירת חומצות האמינו הבונות את האורגניזם החי - הוא השעתוק
של מקטע דנ"א (הוא הגן) לרנ"א, היוצר את החלבון ממנו בנויות חומצות האמינו. כיום, לאחר שנים של מחקר, אנחנו מבינים איך שעתוק דנ"א לרנ"א מוביל לבסוף להיווצרות אורגניזם, ומבינים גם איך אורגניזם זה יוצר אורגניזמים אחרים. אבל איך נוצר המרכיב הראשון במערכת הזו? ואיך הוא שעתק את עצמו?
בדרך כלל נהוג לחפש את התשובה בדנ"א, אך מכיוון שרנ"א יכול לתפקד גם כאנזים (הקרוי רנ"א פולימרז), גם כמקטע דנ"א (ממנו נוצר החלבון) וגם כחומצת גרעין המפקחת על תהליך היווצרות החלבונים – ישנם מדענים הסבורים כי סוד החיים מצוי דווקא בו ולא בדנ"א. עתה, מדווחים מדענים כי הצליחו לראשונה לסנתז אנזימים של רנ"א המסוגלים לשעתק את עצמם מבלי להסתייע בחלבונים או בכל מרכיב אחר בתא.
ד"ר טרייסי לינקולן ופרופ' ג'רלד ג'ויס, ממכון המחקר סקריפס שבארה"ב, הצליחו ליצור אנזים רנ"א המשכפל את עצמו בתהליך בלתי פוסק. האנזים סונתז בתהליך ארוך של ברירה טבעית בין אנזימים שונים, שנעשה בתנאי מעבדה. בסופו של התהליך יצר האנזים שני אנזימים, שהחלו לשעתק זה את זה בתהליך הדדי. כל אנזים מורכב משתי יחידות משנה המכפילות את עצמן, וכל אנזים עוזר לאנזים השני לחבר את שתי היחידות הללו לאנזים חדש.
קישור למאמר
דרוויניזם במעבדה
בשלב כלשהו במחקר, החליטו החוקרים לראות אם ניתן ליצור תהליך של ברירה טבעית באנזימים שפיתחו. 12 זוגות אנזימים הוטלו אל המבחנה והחלו לשעתק זה את זה. למרבה הפלא צפו החוקרים בכל אותן תופעות המוכרות לנו מהאבולוציה, כשהן מתרחשות באנזימים המשעתקים את עצמם ללא אורגניזם או דנ"א. כאשר האנזימים עשו טעויות, וחיברו זו לזו יחידות משנה של שני אנזימים שונים, נוצרו "מוטציות". מוטציות אלו המשיכו בשעתוק ואף הצליחו לשרוד ולהגיע לדומיננטיות באוכלוסיית האנזימים המתרבה.
כלומר, אנזים אחד בודד יצר מערכת המסוגלת להעביר אינפורמציה גנטית ללא הפסק וליצור וריאציות שונות של מידע גנטי. "מה שיש לנו כאן זה לא דבר חי" אמר פרופ' ג'ויס, "אבל זה מראה תכונות הדומות למה שאנחנו מכירים מיצורים חיים. הגילוי הזה יכול להיות רלוונטי לשאלת היווצרות החיים, באותו רגע מכונן שבו התהליך הדרוויניסטי החל".
מחקרם של ג'ויס ולינקולן לא מספק תשובה מוחצת לשאלת היווצרות החיים. "אנחנו נוקשים על הדלת" אמר ג'ויס, "אבל כמובן שלא הגענו עדיין להבנה מלאה". האנזים שסנתזו החוקרים הוא הרבה יותר מורכב מהמולקולות הראשונות שיצרו את החיים והמערכת שפיתחו החוקרים לא הצליחה עדיין לבצע מהלך מורכב כמו יצירת אורגניזם. אך מחקר זה מצביע על כיוון מבטיח בו יש לחפש את הפתרון לחידת היווצרות החיים, באנזים הרנ"א.
איך החלה המולקולה הראשונה לשעתק את עצמה?
צילום: גטי אימג' בנק ישראל
