L’ipotesi dell’amiloide: riscrivere la storia dell’origine della vita

La questione di come gli organismi viventi emergano dalla materia non vivente rimane uno dei misteri più profondi della scienza. Nonostante le numerose teorie, una spiegazione definitiva rimane sfuggente. Ciò non è inaspettato, considerando che questi eventi si sono verificati tre o quattro miliardi di anni fa, in condizioni della Terra antica radicalmente diverse.

Giustificare ipotesi con dati sperimentali

“In un periodo di tempo così lungo, l'evoluzione ha completamente cancellato le tracce che portavano alle origini della vita”, afferma Roland Reck, professore di chimica fisica e condirettore del nuovo Centro interdisciplinare per l'origine e la diffusione della vita dell'ETH di Zurigo. La scienza non ha altra scelta che formulare ipotesi e dimostrarle nel modo più completo possibile con dati sperimentali.

Per anni Rick e il suo team hanno perseguito l’idea che gli aggregati simili alle proteine, noti come amiloidi, possano svolgere un ruolo importante nella transizione tra chimica e biologia. Il primo passo per il gruppo di ricerca di Rick è stato quello di dimostrare che tali amiloidi potrebbero formarsi con relativa facilità in condizioni che avrebbero potuto prevalere sulla Terra primordiale: in laboratorio, tutto ciò che serve è un po' di gas vulcanico (più abilità sperimentali e molta pazienza). ) per semplicità Aminoacidi Si combinano in brevi catene peptidiche, che poi si assemblano spontaneamente per formare fibre.

Molecole elementari della vita

Successivamente, il team di Rick ha dimostrato che gli amiloidi potevano replicarsi, il che significa che le molecole soddisfacevano un altro criterio cruciale per essere considerate precursori della vita. Ora i ricercatori hanno seguito la stessa linea per la terza volta nel loro ultimo studio, in cui dimostrano che gli amiloidi sono in grado di legarsi a molecole di entrambi… RNA E DNA.

Queste interazioni si basano in parte sull'attrazione elettrostatica, poiché alcuni amiloidi sono, almeno in alcuni punti, caricati positivamente, mentre il materiale genetico trasporta una carica negativa, almeno in un ambiente da neutro ad acido. Tuttavia, Rick e il suo team hanno anche notato che le interazioni dipendono anche dalle sequenze di nucleotidi di RNA e DNA nel materiale genetico. Ciò significa che potrebbero rappresentare una sorta di introduzione al codice genetico universale che unisce tutti gli esseri viventi.

Maggiore stabilità come caratteristica principale

Tuttavia: “Anche se vediamo differenze nel modo in cui le molecole di RNA e DNA si legano agli amiloidi, non capiamo ancora cosa significhino queste differenze”, dice Rick. “Il nostro modello probabilmente è ancora troppo semplice.” Ecco perché ritiene particolarmente importante un altro aspetto dei risultati: quando il materiale genetico si lega agli amiloidi, entrambe le molecole acquisiscono stabilità. Nei tempi antichi, questa maggiore stabilità potrebbe essere stata un grande vantaggio.

Questo perché a quel tempo, nel cosiddetto brodo primordiale, le molecole biochimiche erano molto diluite. Confrontatelo con le cellule biologiche odierne, dove queste molecole sono strettamente legate insieme. “Gli amiloidi hanno una capacità dimostrata di aumentare la concentrazione locale e la disposizione dei nucleotidi in un sistema diluito e disordinato”, hanno scritto i ricercatori del RIC nel loro articolo recentemente pubblicato.

Rick sottolinea che, sebbene la competizione sia un elemento chiave della teoria dell'evoluzione di Darwin, anche la cooperazione ha svolto un ruolo chiave nell'evoluzione. Entrambe le classi di molecole beneficiano dell'interazione stabilizzante tra amiloidi e molecole di RNA o DNA perché le molecole a vita lunga si accumulano più fortemente nel tempo rispetto ai materiali instabili. La cooperazione molecolare, e non la competizione, potrebbe essere stata il fattore decisivo nell’emergere della vita. “In ogni caso, probabilmente all'epoca non mancavano né lo spazio né le risorse”, afferma Rick.

Riferimento: “L'analisi delle interazioni nucleotidiche e amiloidi rivela il legame selettivo della dimensione del codone dell'RNA” di Saroj K. Root, Ricardo Cadalbert, Nina Schröder, Julia Wang, Johannes Zehnder, Olivia Gump, Thomas Wiegand, Peter Guntert, David Klingler, Christoph Kreutz, Anna Knorrlein, Jonathan Hall, Jason Greenwald e Roland Reck, 2 ottobre 2023, Giornale dell'American Chemical Society.
doi: 10.1021/jacs.3c06287