science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Vloeibare kristallen en de oorsprong van het leven

Vloeibare kristallen gevormd door korte RNA-strengen, onthuld door gepolariseerde optische microscopie. Krediet:American Chemical Society

De beeldschermen van moderne televisies, mobiele telefoons en computermonitoren zijn afhankelijk van vloeibare kristallen - materialen die als vloeistoffen stromen, maar moleculen hebben die in kristalachtige structuren zijn georiënteerd. Echter, vloeibare kristallen hebben mogelijk een veel oudere rol gespeeld:helpen bij het samenstellen van de eerste biomoleculen van de aarde. Onderzoekers rapporteren in ACS Nano hebben ontdekt dat korte RNA-moleculen vloeibare kristallen kunnen vormen die de groei in langere ketens stimuleren.

Wetenschappers hebben gespeculeerd dat het leven op aarde is ontstaan ​​in een "RNA-wereld, " waar RNA de dubbele rol vervulde van het dragen van genetische informatie en het uitvoeren van metabolisme vóór het aanbreken van DNA of eiwitten. Inderdaad, onderzoekers hebben katalytische RNA-strengen ontdekt, of "ribozymen, " in moderne genomen. Bekende ribozymen zijn ongeveer 16-150 nucleotiden lang, dus hoe deed? deze sequenties assembleren in een oerwereld zonder bestaande ribozymen of eiwitten? Tommaso Bellini en collega's vroegen zich af of vloeibare kristallen zouden kunnen helpen bij het begeleiden van korte RNA-precursoren om langere strengen te vormen.

Er achter komen, de onderzoekers onderzochten verschillende scenario's waaronder korte RNA's zichzelf konden assembleren. Ze ontdekten dat bij hoge concentraties, korte RNA-sequenties (ofwel 6 of 12 nucleotiden lang) spontaan geordend in vloeibare kristalfasen. Vloeibare kristallen vormden zich nog gemakkelijker toen de onderzoekers magnesiumionen toevoegden, die de kristallen stabiliseerden, of polyethyleenglycol, die RNA sekwestreerde in sterk geconcentreerde microdomeinen. Zodra de RNA's bij elkaar werden gehouden in vloeibare kristallen, een chemische activator zou hun uiteinden efficiënt kunnen samenvoegen tot veel langere strengen. Deze opstelling hielp ook de vorming van circulaire RNA's te voorkomen die niet verder konden worden verlengd. De onderzoekers wijzen erop dat polyethyleenglycol en de chemische activator niet zouden worden gevonden onder primordiale omstandigheden, maar ze zeggen dat andere moleculaire soorten hetzelfde hadden kunnen spelen, indien minder efficiënt, rollen.