Stuttgarter Chemiker dem Ursprung des Lebens auf der Spur

Nach der RNA-Welt-Hypothese geht das Leben auf der Erde von Ribonukleinsäuren (RNA) aus. Sie übertragen in der Zelle genetische Informationen und können biochemische Reaktionen katalysieren.

Das fehlende Puzzlestück bisher: Wie konnte die RNA vor Milliarden von Jahren ohne die Mithilfe von damals noch nicht vorhandenen Enzymen eine Kopie ihrer selbst herstellen, um die genetische Information weiterzugeben? Eine Lücke in der RNA-Welt-Theorie von der Entstehung des Lebens hat die Arbeitsgruppe um Prof. Clemens Richert vom Institut für Organische Chemie der Universität Stuttgart nun geschlossen, wie in der renommierten Fachzeitschrift Nature Chemistry kürzlich berichtet wurde (Online-Vorabbericht *).

Die Wissenschaftler konnten nachweisen, dass die RNA auch ohne Enzyme effizient abgelesen werden kann, wenn sie auf Oberflächen festgehalten wird.

Bei ihren Experimenten versuchten die Chemiker Christopher Deck, Mario Jauker und Clemens Richert die Reaktionen in einer frühen Phase der Evolution nachzuspielen, in der noch keine Zellen existiert haben. Kurze RNA-Stränge, die durch Polymerisationsvorgänge auf Mineraloberflächen hätten entstanden sein können, banden die Stuttgarter Wissenschaftler an magnetische Eisenodix-Partikel. Die festgehaltenen Stränge umspülten sie täglich mit einer frischen Lösung, in der die RNA-Bausteine für die Verlängerung eines kurzen Gegenstranges – quasi die Buchstaben des genetischen Alphabets – schwammen. Die Ausbeute an neu eingelagerten „Buchstaben“ des Gegenstranges war selbst dann noch hoch, wenn ein „Buchstabe“ eingebaut werden musste, der ohne Enzymhilfe nur schwach an die RNA-Matrize bindet.

Bisher hatten Wissenschaftler stets beobachtet, dass die enzymfrei ablaufenden Reaktionen für natürliche RNA irgendwann zum Erliegen kommen. Prof. Richert und sein Team konnten dieses Phänomen ebenfalls registrieren, wenn die RNA-Stränge nicht an eine Oberfläche gebunden waren, sondern mit den RNA-Bausteinen frei in der Lösung schwammen. Der Grund: die einzelnen Bausteine zerfallen langsam und die Zersetzungsprodukte blockieren zunehmend die Ablesereaktion.

Die jetzt veröffentlichten Experimente fanden zwar nur an Sequenzen statt, die keine Gene darstellen, sie stützen aber die Hypothese von der RNA als Urbaustein bei der Entstehung des Lebens. Zukünftig will Richert mit seiner Arbeitsgruppe längere RNA-Sequenzen studieren und noch mehr Einzelschritte in der Entstehung doppelsträngiger RNA in einem einzigen Experiment anstoßen. Beispielsweise könnten Oberflächen aus Tonmineralien sich besser eignen, den als Matrize dienenden RNA-Strang nicht nur entstehen, sondern später auch ablesen zu lassen.

Weitere Informationen bei Prof. Clemens Richert, Institut für Organische Chemie, Tel 0711/685-64311, e-mail lehrstuhl-2@oc.uni-stuttgart.de.

*) Christopher Deck, Mario Jauker und Clemens Richert (2011): Efficient enzyme-free copying of all four nucleobases templated by immobilized RNA. Nature Chemistry, DOI: 10.1038/NCHEM.1086.