Одна из важнейших молекул живых организмов синтезирована с нуля в повседневных условиях. Открытие предполагает, что это химическое вещество могло образоваться естественным путем на ранних этапах истории нашей планеты и сыграть роль в зарождении жизни.
Рассматриваемое вещество называется пантетеин. Это не общеизвестное имя на уровне ДНК или белка. Однако пантетеин является ключевым компонентом более крупной молекулы, называемой ацетилкоэнзимом А, «кофактором», который помогает ферментам работать.
«Коэнзим А есть в каждом когда-либо секвенированном организме», — говорит Мэтью Паунер из Университетского колледжа Лондона.
Большую часть своей карьеры Пауэр посвятил поиску способов создания биологических молекул из простых химических веществ способами, которые могли бы возникнуть естественным путем. За последнее десятилетие он показал, что простые аминонитрилы можно использовать для создания нуклеотидов – строительных блоков ДНК – и пептидов, коротких версий белков.
Его команда теперь показала, что аминонитрилы можно использовать для получения пантетеина в серии реакций, начиная с простых химических веществ, таких как формальдегид. Это происходило в воде, часто в настолько разбавленных концентрациях, что реакционные смеси выглядели как чистая вода. Иногда команда использовала тепло, чтобы ускорить процесс, но в других случаях им не нужно было вмешиваться, когда реакция уже началась.
«Это всего лишь один горшок – буквально просто бросьте все это, ничего не меняйте, ничего не делайте – и мы получим 60 процентов выхода нашего продукта», – говорит Паунер.
Ацетил-коэнзим А участвует в синтезе нескольких биологически важных химических веществ. Некоторые из древнейших групп микроорганизмов используют связанные с ним процессы для получения углерода из окружающей среды.
Важно отметить, что пантетеин является активной частью молекулы ацетилкоэнзима А. Другой бит «не важен для его функции», говорит Пауэр.
Кофакторы такого рода встречаются во всех живых организмах. Их описывают как остатки зарождения жизни и ранней эволюции.
«Получение какого-либо ключевого органического биологического кофактора с нуля» было бы впечатляющим, «не говоря уже о таком важном факторе», — говорит Закари Адам из Университета Висконсин-Мэдисон, который не принимал участия в исследовании.
Для Адама значение исследования выходит за рамки пантетеина и ацетил-коэнзима А. «Они сообщают об этой конкретной части кофактора, но оказывается, что промежуточные соединения не менее важны», — говорит он. Было показано, что другие химические вещества, производимые на этом пути, помогают создавать другие биологические молекулы. «Они строят эту сеть соединений».
Многие идеи о происхождении жизни предполагают, что небольшой набор биологических молекул сформировался задолго до остальных. Например, гипотеза «мира РНК» утверждает, что первая жизнь состояла исключительно из РНК, а другие химические вещества, такие как белки и липиды, добавлялись позже, когда РНК была способна их создавать.
Паунер — один из нескольких исследователей, настаивающих на другом сценарии, в котором многие ключевые молекулы сформировались рано и взаимодействовали с самого начала. «Все эти продукты могут быть продуктом одних и тех же химических реакций», — говорит он. Вместо того, чтобы начинать только с РНК или только пептидов, «было бы проще создать их все вместе, а затем химические процессы, которые они производят, будут интегрированы с самого начала».
