Onderzoekers hebben een nieuwe bouwsteen van RNA ontdekt die misschien een rol heeft gespeeld bij het ontstaan van leven op onze planeet. Mogelijk zat het recept voor RNA toen heel anders in elkaar dan nu.
Het is een van de moeilijkste vragen in de wetenschap: wat was de bron van het eerste leven? Wetenschappers proberen al decennialang in het lab miniatuurreplica’s van de aarde in haar eerste bestaansjaren te maken. Ze zijn op zoek naar de ingrediënten die op deze oeraarde leven vormden.
Met behulp van onderzoek naar DNA kunnen we in het geschiedenisboek van het leven op aarde terugbladeren tot het ontstaan van eencellige organismen. Maar wat was er daarvoor?
Wetenschappers vermoeden dat RNA een belangrijke rol heeft gespeeld bij het ontstaan van de allereerste levensvormen. RNA kan zowel informatie opslaan als werkzaamheden in cellen uitvoeren, waardoor het een geschikte kandidaat is voor het vormen van leven. Dit in tegenstelling tot DNA of een eiwit, dat respectievelijk alleen informatie kan opslaan of alleen werkzaamheden in cellen kan uitvoeren.
Net als DNA is RNA opgebouwd uit een lange keten van bouwstenen die nucleotiden heten. Een nucleotide bestaat uit drie basiscomponenten: een fosfaatgroep, een suikermolecuul en een nucleobase. Het RNA dat voorkomt in de huidige levensvormen bevat net als DNA de nucleobasen adenine (A), guanine (G) en cytosine (C). In plaats van thymine (T), dat in DNA te vinden is, bevat RNA uracil (U).
Om te bewijzen dat RNA de oorsprong is van het aardse leven, onderzoeken wetenschappers de ingrediënten die nodig zijn voor het ontstaan van de vier nucleobasen van RNA. Onderzoekers hebben een vermoeden over hoe cytosine en uracil zijn ontstaan, maar het is onduidelijk hoe adenine en guanine vormden.
Per toeval ontdekt
Een onderzoeksteam onder leiding van Jack Szostak van Harvard ontdekte onlangs per toeval dat RNA ook uit een andere reeks nucleobasen kan bestaan: in plaats van guanine kan het ook inosine (I) bevatten. Dat bewijst dat ook andere vormen van RNA mogelijk een rol kunnen hebben gespeeld bij het ontstaan van leven.
In het laboratorium probeerden de onderzoekers eerst adenine en guanine te kopiëren, maar dat zorgde voor veel ongewenste bijproducten. De onderzoekers gingen daarom op zoek naar andere nucleobasen die gemakkelijk gevormd kunnen worden, maar hetzelfde doen. In een eerder onderzoek ontdekten wetenschappers dat varianten van adenosine en inosine – 8-oxo-adenosine en 8-oxo-inosine – gemaakt kunnen worden van materiaal dat op de oeraarde beschikbaar was. De onderzoekers probeerden daarom te achterhalen of RNA dat bestaat uit deze basen, zich succesvol zou kunnen repliceren.
Deze twee nucleobasen bleken echter niet geschikt als onderdeel van RNA. RNA met 8-oxo-adenosine en 8-oxo-inosine miste de snelheid en de nauwkeurigheid die nodig is om zichzelf te kopiëren. Wanneer RNA zichzelf te langzaam repliceert, valt het uit elkaar voordat het proces is voltooid. Als het te veel fouten maakt, kan het niet dienen als een betrouwbaar instrument voor de evolutie.
Als onderdeel van het experiment vergeleken de onderzoekers 8-oxo-inosine ter controle met inosine. In tegenstelling tot 8-oxo-inosine, was RNA met inosine wel in staat te repliceren met een hoge snelheid en weinig fouten. Zo ontdekten de onderzoekers per toeval dat inosine als onderdeel van RNA kan bestaan.
Niet slim genoeg
Er is alleen wel een ‘maar’: onderzoekers weten van inosine net zo min hoe het is ontstaan. ‘Het is in dat opzicht hetzelfde vraagstuk als hoe adenine en guanine zijn ontstaan en dat brengt de onderzoekers weer terug naar af. Het werk laat echter wel iets anders belangrijks zien: dat je hetzelfde RNA kunt maken met andere moleculen’, zegt Sijbren Otto, hoogleraar systeemchemie aan de Rijksuniversiteit in Groningen. ‘Het onderzoek laat zien dat RNA mogelijk in een andere vorm aanwezig was op de oeraarde. We dienen het zoekveld van nucleobasen uit te breiden. De nucleobasen die voorkomen in het moderne leven, hoeven niet per se de nucleobasen te zijn die betrokken waren bij het vormen van leven op de oeraarde.’
Volgens Otto kan het ook zo zijn dat het leven op aarde met iets anders is begonnen dan RNA. ‘Steeds meer onderzoekers in dit vakgebied gaan ervan uit dat RNA belangrijk is geweest, maar het niet alleen heeft kunnen doen. Eiwitachtige moleculen hebben waarschijnlijk ook een rol gespeeld. Mijn eigen gevoel zegt dat het lastig is om met de condities van de oeraarde RNA te vormen en te repliceren. Hoewel RNA waarschijnlijk wel een belangrijke rol heeft gespeeld, denk ik dat er simpelere moleculen aan vooraf zijn gegaan.’
Onderzoekers proberen het proces van het ontstaan van het leven te reconstrueren, maar ze zullen het nooit precies weten, stelt Otto. ‘We hebben te weinig data over de oeraarde beschikbaar om hypotheses te verifiëren. Het doel van het onderzoek is om de meest plausibele route te vinden en mogelijke routes met elkaar te vergelijken. Dat we bepaalde dingen nog niet kunnen creëren of kopiëren in het lab, betekent niet dat het, onder andere condities, niet mogelijk is. Misschien zijn we nu gewoon nog niet slim genoeg.’
