Een enkel proces voor hoe een groep moleculen, nucleotiden genaamd, werd gemaakt op de vroege aarde, voordat het leven begon, is gesuggereerd door een UCL-geleid team van onderzoekers.

Nucleotiden zijn essentieel voor al het leven op aarde omdat ze de bouwstenen vormen van DNA of RNA, en begrijpen hoe ze voor het eerst werden gemaakt, is een langdurige uitdaging die moet worden opgelost om de oorsprong van het leven op te helderen.

In een onderzoek, vandaag gepubliceerd in Natuurcommunicatie en gefinancierd door de Engineering and Physical Sciences Research Council, de Simons Foundation en de Origins of Life Challenge, onderzoekers van de UCL, Harvard University en Massachusetts General Hospital suggereren een enkel chemisch mechanisme waardoor beide klassen van nucleotiden - purines en pyrimidines - samen zouden kunnen zijn gevormd.

Voor nu, wetenschappers dachten dat de twee klassen van nucleotide afzonderlijk en onder onderling onverenigbare omstandigheden moeten zijn gemaakt. Deze studie is de eerste die aantoont dat zowel purines als pyrimidines kunnen worden gevormd uit een gemeenschappelijk voorlopermolecuul dat bestond voordat het leven begon.

"We bieden een nieuw perspectief op hoe de originele RNA-moleculen werden gemaakt en suggereren een eenvoudige chemische oplossing voor het leveren van zowel purine- als pyrimidine-nucleotiden aan de oorsprong van het leven, " verklaarde corresponderende auteur, Dr. Matthew Powner (UCL Chemie).

"RNA is de hoeksteen van al het leven op aarde en droeg waarschijnlijk de eerste informatie aan het begin van het leven, maar het maken van RNA vereist dat zowel purine- als pyrimidine-nucleotiden tegelijkertijd beschikbaar zijn. Een oplossing voor dit probleem is al meer dan 50 jaar ongrijpbaar."

Het team toonde aan hoe purines en pyrimidine-nucleotiden beide kunnen worden geassembleerd op dezelfde suikersteiger om moleculen te vormen die ribonucleotiden worden genoemd en die worden gebruikt om RNA te construeren.

Purine- en pyrimidine-nucleotiden worden gebruikt om het DNA en RNA te maken. De purine- en pyrimidine-nucleotiden binden aan elkaar door specifieke moleculaire interacties die een mechanisme bieden om informatie op moleculair niveau te kopiëren en over te dragen, wat essentieel is voor genetica, replicatie en evolutie. Daarom wordt gedacht dat het begrijpen van de oorsprong van nucleotiden de sleutel is tot het begrijpen van de oorsprong van het leven zelf.

Het team ontdekte dat moleculen, genaamd 8-oxo-adenosine en 8-oxo-inosine, die purine-ribonucleotiden zijn, kunnen worden gevormd onder dezelfde chemische omstandigheden als de natuurlijke pyrimidine-ribonucleotiden. Ze ontdekten ook dat één chemische voorloper op uiteenlopende wijze zowel purine- als pyrimidine-ribonucleotiden kan opleveren.

"Het mechanisme dat we hebben gerapporteerd, geeft beide klassen van moleculen dezelfde stereochemie die universeel wordt aangetroffen in de suikerstructuur van biologische nucleïnezuren, wat suggereert dat 8-oxo-purine ribonucleotiden mogelijk een sleutelrol hebben gespeeld in primordiale nucleïnezuren, " zei Dr Shaun Stairs (UCL Chemistry), eerste auteur van de studie.

Het team is nu van plan om mechanismen verder te onderzoeken die 8-oxo-purines gebruiken om informatie over te dragen, die wetenschappers zouden kunnen helpen de eerste informatieoverdrachtsystemen van het leven beter te begrijpen.