{"id":48148,"date":"2024-03-04T12:04:09","date_gmt":"2024-03-04T20:04:09","guid":{"rendered":"https:\/\/vermont.salk.edu\/?post_type=disclosure&p=48148"},"modified":"2024-03-04T14:07:21","modified_gmt":"2024-03-04T22:07:21","slug":"modeling-the-origins-of-life-new-evidence-for-an-rna-world","status":"publish","type":"disclosure","link":"https:\/\/www.salk.edu\/de\/news-release\/modeling-the-origins-of-life-new-evidence-for-an-rna-world\/","title":{"rendered":"Modellierung der Entstehung des Lebens: Neue Beweise f\u00fcr eine \u201cRNA-Welt\u201d"},"content":{"rendered":"

LA JOLLA \u2013 Charles Darwin beschrieb die Evolution als \"Abstammung mit Ver\u00e4nderung\". Genetische Informationen in Form von DNA-Sequenzen werden kopiert und von einer Generation an die n\u00e4chste weitergegeben. Aber dieser Prozess muss auch eine gewisse Flexibilit\u00e4t aufweisen, die es im Laufe der Zeit erm\u00f6glicht, leichte Variationen von Genen entstehen zu lassen und neue Merkmale in die Population einzuf\u00fchren.<\/p>\n

\"From<\/a>
Von links: David Horning, Gerald Joyce und Nikolaos Papastavrou.<\/p>\n

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Kredit: Salk Institut<\/figcaption><\/figure>\n

Aber wie hat das alles angefangen? K\u00f6nnte in den Anf\u00e4ngen des Lebens, lange vor Zellen, Proteinen und DNA, eine \u00e4hnliche Art der Evolution in einem einfacheren Ma\u00dfstab stattgefunden haben? In den 1960er Jahren schlugen Wissenschaftler, darunter Salk Fellow Leslie Orgel, vor, dass das Leben mit der \u201cRNA-Welt\u201d begann, einer hypothetischen \u00c4ra, in der kleine, fadenf\u00f6rmige RNA-Molek\u00fcle die fr\u00fche Erde beherrschten und die Dynamik der darwinistischen Evolution begr\u00fcndeten.<\/p>\n

Neue Forschungsergebnisse des Salk Institute liefern nun neue Einblicke in den Ursprung des Lebens und pr\u00e4sentieren \u00fcberzeugende Beweise zur Unterst\u00fctzung der RNA-Welt-Hypothese. Die Studie, ver\u00f6ffentlicht in Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)<\/a><\/em> Am 4. M\u00e4rz 2024 wird ein RNA-Enzym vorgestellt, das pr\u00e4zise Kopien anderer funktioneller RNA-Str\u00e4nge herstellen kann und gleichzeitig die Entstehung neuer Varianten des Molek\u00fcls im Laufe der Zeit erm\u00f6glicht. Diese bemerkenswerten F\u00e4higkeiten deuten darauf hin, dass die fr\u00fchesten Formen der Evolution auf molekularer Ebene in der RNA stattgefunden haben k\u00f6nnten.<\/p>\n

Die Erkenntnisse bringen Wissenschaftler auch einen Schritt n\u00e4her daran, RNA-basiertes Leben im Labor nachzubilden. Durch die Modellierung dieser primitiven Umgebungen im Labor k\u00f6nnen Wissenschaftler Hypothesen dar\u00fcber direkt testen, wie das Leben auf der Erde oder sogar auf anderen Planeten entstanden sein k\u00f6nnte.<\/p>\n

\"Hammerhead<\/a>
Hammerhead-Sequenzen, die von der Polymerase mit geringerer Genauigkeit kopiert werden, entfernen sich im Laufe der Zeit von ihrer urspr\u00fcnglichen RNA-Sequenz (oben) und verlieren ihre Funktion. Hammerheads, die von der Polymerase mit h\u00f6herer Genauigkeit katalysiert werden, behalten ihre Funktion und entwickeln fittere Sequenzen (unten).<\/p>\n

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Kredit: Salk Institut<\/figcaption><\/figure>\n

\"Wir jagen den Anf\u00e4ngen der Evolution hinterher\u201d, sagt der Hauptautor und Salk-Pr\u00e4sident Gerald Joyce<\/a>. \"Durch die Aufdeckung dieser neuartigen F\u00e4higkeiten der RNA enth\u00fcllen wir die potenziellen Urspr\u00fcnge des Lebens selbst und wie einfache Molek\u00fcle den Weg f\u00fcr die Komplexit\u00e4t und Vielfalt des heutigen Lebens geebnet haben k\u00f6nnten.\"<\/p>\n

Mit Hilfe der DNA k\u00f6nnen Wissenschaftler die Geschichte der Evolution von modernen Pflanzen und Tieren bis zu den fr\u00fchesten Einzellern zur\u00fcckverfolgen. Aber was davor war, bleibt unklar. Doppelstrangige DNA-Helices eignen sich hervorragend zur Speicherung genetischer Informationen. Viele dieser Gene kodieren letztlich f\u00fcr Proteine - komplexe molekulare Maschinen, die alle m\u00f6glichen Funktionen ausf\u00fchren, um die Zellen am Leben zu erhalten. Das Besondere an der RNA ist, dass diese Molek\u00fcle ein bisschen von beidem tun k\u00f6nnen. Sie bestehen aus verl\u00e4ngerten Nukleotidsequenzen, \u00e4hnlich wie die DNA, aber sie k\u00f6nnen auch als Enzyme fungieren, um Reaktionen zu erleichtern, \u00e4hnlich wie Proteine. Ist es also m\u00f6glich, dass die RNA der Vorl\u00e4ufer des Lebens, wie wir es kennen, war?<\/p>\n

Wissenschaftler wie Joyce erforschen diese Idee seit Jahren, wobei sie sich besonders auf RNA-Polymerase-Ribozyme konzentrieren - RNA-Molek\u00fcle, die Kopien von anderen RNA-Str\u00e4ngen herstellen k\u00f6nnen. In den letzten zehn Jahren haben Joyce und sein Team RNA-Polymerase-Ribozyme im Labor entwickelt und dabei eine Form der gezielten Evolution eingesetzt, um neue Versionen herzustellen, die gr\u00f6\u00dfere Molek\u00fcle replizieren k\u00f6nnen. Die meisten haben jedoch einen fatalen Fehler: Sie sind nicht in der Lage, die Sequenzen mit ausreichender Genauigkeit zu kopieren. \u00dcber viele Generationen hinweg werden so viele Fehler in die Sequenz eingebaut, dass die entstehenden RNA-Str\u00e4nge der urspr\u00fcnglichen Sequenz nicht mehr \u00e4hneln und ihre Funktion v\u00f6llig verloren haben.<\/p>\n

Bis jetzt.<\/em> Das neueste RNA-Polymerase-Ribozym, das im Labor entwickelt wurde, enth\u00e4lt eine Reihe entscheidender Mutationen, die es ihm erm\u00f6glichen, einen RNA-Strang mit viel h\u00f6herer Genauigkeit zu kopieren.<\/p>\n

Bei diesen Experimenten ist der zu kopierende RNA-Strang ein \u201cHammerkopf\u201d, ein kleines Molek\u00fcl, das andere RNA-Molek\u00fcle in St\u00fccke spaltet. Die Forscher waren \u00fcberrascht, dass das RNA-Polymerase-Ribozym nicht nur funktionale Hammerk\u00f6pfe genau replizierte, sondern dass mit der Zeit auch neue Varianten der Hammerk\u00f6pfe entstanden. Diese neuen Varianten funktionierten \u00e4hnlich, aber ihre Mutationen machten sie leichter zu replizieren, was ihre evolution\u00e4re Fitness erh\u00f6hte und dazu f\u00fchrte, dass sie schlie\u00dflich die Hammerhead-Population des Labors dominierten.<\/p>\n

\u201cWir haben uns lange gefragt, wie einfach das Leben am Anfang war und wann es die F\u00e4higkeit erlangte, sich selbst zu verbessern\u201d, sagt Erstautor Nikolaos Papastavrou, ein wissenschaftlicher Mitarbeiter in Joyces Labor. \u201cDiese Studie legt nahe, dass die Anf\u00e4nge der Evolution sehr fr\u00fch und sehr einfach gewesen sein k\u00f6nnten. Etwas auf der Ebene einzelner Molek\u00fcle k\u00f6nnte die darwinistische Evolution aufrechterhalten, und das k\u00f6nnte der Funke gewesen sein, der es dem Leben erm\u00f6glichte, komplexer zu werden und sich von Molek\u00fclen \u00fcber Zellen zu mehrzelligen Organismen zu entwickeln.\u201d<\/p>\n

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