Каков рецепт жизни? Если бы вы создавали клетку с нуля, какие ингредиенты вам были бы нужны? В какой среде вы превращали бы неживую материю в живую клетку? На эти вопросы пытается ответить гарвардский биохимик Джек Шостак, воссоздавая динамический мир, в котором была рождена жизнь.
Шостак пытается выяснить, сколько существует различных рецептов сотворения жизни. Как жизнь появилась на Земле и может ли она зародиться на другой планете другим образом?
«Мы смотрим на очень тонкий срез общей проблемы, — говорит Шостак. — Мы предполагаем, что у нас есть химические блоки жизни: и тогда задаемся вопросом, что нам нужно сделать, чтобы эти химические вещества собрались вместе и заработали как клетка?». Шостак, несмотря на его скромность, является важной фигурой в биохимии — лауреат нобелевской премии, профессор генетики и ученый Медицинского института Говарда Хьюза — и проект, которым он занимается, по его словам, обращается к самой интересной проблеме в химии. Переход от химии к биологии — от вещества к жизни.
В своей лаборатории Шостак воссоздает химию ранней Земли, еще до зарождения жизни, чтобы увидеть, как базовые строительные блоки жизни — липиды, нуклеотиды и аминокислоты — начали собираться в более крупные структуры: мембраны, молекулы РНК и пептиды. Он хочет знать, как материя перетекла из формы безжизненных реакций в химию первых простейших живых клеток.
Такие примитивные клетки, или протоклетки, должны были быть проще любых современных клеток, организация которых основана на «центральной догме» биологии: ДНК, содержащая генетический код клетки в цепи нуклеотидов A, T, G и C, транскрибируется в РНК, и затем фабрики под названием рибосомы транслируют РНК в последовательности двадцати аминокислот, составляющих протеины. Эти протеины управляют почти всеми операциями клеток, от бактерий до людей: движение, метаболизм еды, удаление отходов, ускорение и замедление химических реакций, которые копируют наши гены.
Но в самом начале протеинов не было: как же клетки эволюционировали, чтобы создать их? И как появилась первая клетка, как пересекла границу из химии в новый, живой мир биологии?
Жизнь, вероятно, зародилась в небольшом пруду или озере, считает Шостак, не в океане, как полагает множество людей. Бассейны с дождевой водой обеспечивали свежую водную среду, в которой могли образоваться нежные клеточные мембраны из простых жирных кислот, которые мгновенно уничтожились бы в соленых океанах. В некоторых таких прудах смешивались ключевые элементы, нагревались и остывали в правильной последовательности, чтобы стать жизнью. Неживые молекулы, накапливавшиеся под толстой кожей, каким-то образом получили возможность самовоспроизводиться и эволюционировать: такой Шостак видит дефиницию жизни.
Очень вероятно, считает Шостак, что жизнь зародилась рядом с гидротермальным источником: подводной струей горячей воды, вытекающей в холодную воду ледяного озера. Это было и печью, и морозильником, в котором ингредиенты жизни готовились, остывали, оттаивали в необходимом для нуклеиновых кислот порядке, проходя через циклы воспроизводства, и жирные кислотные мембраны позволили питательным веществам проходить в клетку.
Первая простая «протоклетка», которую Шостак пытается воспроизвести в лаборатории — просто моток генетического материала, окруженный толстой кожей — начала копировать себя с минимальными вариациями, и эти вариации добавляли преимуществ определенным клеткам. Это разнообразие привело к конкурентному процессу дарвиновской эволюции, считает Шостак, а в конечном счете и к дереву жизни, какой мы ее знаем сегодня.
«Главное — это старт, переход от нуля генов к одному гену». Этот момент «старта» и является центром исследований Шостака: найти первую «живую химию», переход от химии к биологии: когда набор молекул впервые стал живой штукой.
Постепенно усилия Шостака привести молекулы к жизни в лаборатории проливают свет на то, как могла начаться жизнь как на Земле, так и где-либо еще во Вселенной.
Источник: http://nayka.info/topics/kak-poyavilas-zhizn-seriya-laborato...
]]>Чтобы достать из доисторических костей или зубов всю человеческую ДНК, что в них есть, причём без бактериальных примесей, предложено использовать РНК современного человека, которую можно произвести в любом количестве и на любых генах.
С новым методом очистки ДНК родословную доисторических скелетов можно будет определять куда точнее. (Фото Gordon Wiltsie.)
Когда учёные берутся за расшифровку ДНК древних людей, то им приходится иметь дело лишь с короткими фрагментами молекул, которые к тому же составляют менее 1% от всей ДНК, найденной в останках: всё остальное принадлежит бактериям. Извлечь человеческую ДНК можно, если последовательно и неоднократно секвенировать всё, что найдено, но это слишком дорого, трудоёмко и не всегда оправдывает затраченные усилия.
Поэтому обычно используют другой метод: берут ДНК современного человека с теми генами, которые особенно интересуют исследователей, и запускают её к найденным образцам. ДНК нынешних и древних людей, хотя и могут различаться, всё равно достаточно близки, чтобы почувствовать комплементарное сродство друг к другу. Так исследователи могут выудить древнюю человеческую ДНК, не обращая внимания на бактериальный мусор.
Однако и этот способ не слишком дёшев. Кроме того, так можно работать лишь с небольшой частью генома. Мы ведь не знаем, какие человеческие гены остались в древних останках, и, по-хорошему, через такой образец нужно прогнать весь современный геном. Поэтому учёные выбирают лишь некоторые современные гены, на которые и ловят древнюю человеческую ДНК.
Однако специалисты из Стэнфорда (США) придумали, как можно без особых затрат проверить ДНК из останков на соответствие всему геному. Карлос Бустаманте (Carlos Bustamante) и его сотрудники предлагают использовать для этой цели РНК, которую можно произвести в пробирке в любых объёмах с небольшого ДНК-шаблона. Такие РНК соединяются с человеческой ДНК в ископаемом образце; сама же РНК соединена с особыми полимерными шариками, которые позволяют вымыть из реакционной смеси весь молекулярный мусор.
В итоге в руках исследователей оказываются шарики, на которых сидит РНК, связавшая ДНК. Чтобы освободить ДНК от РНК, всё это обрабатывают разрушающим РНК ферментом. Полученную ДНК можно направить на секвенирование: всё, что будет прочитано, относится к человеку, и это будет действительно вся человеческая ДНК, содержавшаяся в образце.
Естественно, метод уже испытали в деле — на древних костях, зубах и волосах возрастом от 500 до 3 500 лет. Оказалось, что количество человеческих последовательностей ДНК, которое можно получить таким способом, в 2–13 раз больше, чем если бы над образцом трудились в привычном порядке. То есть, грубо говоря, вместо одного человеческого гена из той же самой кости теперь можно вытащить 13. Понятно, что это позволит точнее представить историю развития человека, его миграций, генетических связей между группами и т. п.
Технология поможет не только тем, кто занимается сугубо человеческой историей и эволюцией. Так, авторы собираются таким образом обработать останки древних собак, чтобы поставить точку в споре о том, когда же их всё-таки одомашнили. Ну и, разумеется, нельзя забывать о криминалистике, в которой проблема очистки человеческой ДНК от чужеродных примесей не менее актуальна, чем в палеобиологии.
Результаты исследования опубликованы в American Journal of Human Genetics (http://www.cell.com/AJHG/abstract/S0002-9297(13)00459-X).
Подготовлено по материалам ScienceNOW. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.
Кирилл Стасевич — 29 октября 2013 года
Источник: http://compulenta.computerra.ru/chelovek/antropologiya/10009...
http://laiforum.ru/viewtopic.php?f=49&t=2479
С искренним уважением,
Алекс. А. Алмистов
Один из организаторов Клубного Лектория "Истоки Цивилизаций" ( http://almisto.mirtesen.ru/, http://lah.ru/mast/lection.htm,
http://www.youtube.com/channel/UCybBqIhvBrbdRg0xcQwL4dQ/vide...)
Основной авторский портал по Древней ИСТОРИИ - http://almisto.mirtesen.ru/