‘RNA-wereld hypothese klopt niet’

Share Button

Alle leven kwam voort uit RNA. Dat is in het kort de RNA-wereld hypothese. Een van de sterkste argumenten was het ribosoom, een essentieel celonderdeel dat bijna geheel uit RNA bestaat. Nieuw onderzoek aan de ouderdom van diverse delen van RNA laat echter zien dat deze hypothese grondig op de schop moet. Wat is de werkelijke oorzaak van het leven?

RNA-wereld
Het leek allemaal zo mooi. DNA, de drager van erfelijk materiaal in cellen anno nu, kan alleen maar genetische informatie opslaan. Eiwitten zijn zeer goed in het verrichten van allerlei biochemische  klussen, maar kunnen weer geen leesbare informatie opslaan. RNA bleek echter de redder uit de nood. RNA kan namelijk zowel werken als enzym als informatiedrager. Het oermolecuul dus.  De RNA-wereld hypothese, voor het eerst gepubliceerd in 1986 in het gezaghebbende tijdschrift Nature, stelt daarom dat het leven begon als RNA-molecuul, dat leerde samenwerken met eiwitten en zo uiteindelijk de eerste cellen vormde. Professor Gustavo Caetano-Anollés, verbonden aan de Universiteit van Illinois, vakgroep  crop sciences en het Institute for Genomic Biology, gelooft dat dit niet klopt. Volgens hem konden nucleïnezuren  zich nooit hebben ontwikkeld als deze niet met eiwitten hadden samengewerkt.

Een raadselachtige ontdekking. Uit een analyse van de ouderdom van delen van ribosomen blijkt dat de bijbehorende eiwitten minstens zo oud zijn. Waar komt het leven vandaan?
Een raadselachtige ontdekking. Uit een analyse van de ouderdom van delen van ribosomen blijkt dat de bijbehorende eiwitten minstens zo oud zijn. Waar komt het leven vandaan? Bron: Gustavo Caetano-Anollés, Illinois Univ.

Chemische co-evolutie van RNA en eiwit
RNA is een “ribonucleo-eiwit machine,” een complex waarin tot tachtig verschillende eiwitten samenwerken met meerdere RNA moleculen, zodat het zinnig is te veronderstellen dat dit systeem zich in een lang proces van chemische co-evolutie heeft ontwikkeld, aldus Caetano-Anollés. Ook is volgens hem RNA niet in staat tot het synthetiseren van alle eiwitten.

Veronderstellingen RNA-wereld bleken fout
Aanhangers van de RNA-wereld hypothese namen een aantal dingen aan over de evolutionaire oorsprong van het ribosoom. Deze aannames bleken niet te kloppen, bleek uit het onderzoek van zijn groep. De belangrijkste foutieve aanname: het deel van het ribosoom dat verantwoordelijk is voor het opbouwen van eiwitten,  het peptidyl transferase centrum (PTC), is helemaal niet het oudste deel van het ribosoom, zoals gedacht.

Uitpluizen van evolutionaire informatie
In hun nieuwe analyse hebben ze door ribosomen van honderden verschillende organismen te vergelijken, een soort evolutionaire stamboom opgesteld.  Hiermee ontwikkelden ze een evolutionaire tijdlijn met hierin de vermoedelijke ouderdom van diverse delen van het ribosoom. Dit deden ze zowel met het RNA-deel van het ribosoom als met het eiwitdeel. Op deze manier ontstonden twee “familiebomen”, één op basis van eiwitten, de ander op basis van RNA, die sterk overeenkwamen.

‘Eiwitdeel ouder dan RNA-deel’
Zo bleken de eiwitten die het PTC omringden, bijvoorbeeld, zo oud te zijn als het ribosomale RNA dat deze plek vormt. Evolutionair gezien bleek het PTC zich pas gevormd te hebben, vlak nadat de twee primaire subonderdelen van het ribosoom aan elkaar waren gaan zittten (met RNA-ketens ertussen). Een sterke aanwijzing dat eiwitten al bestonden voor ribosomale RNA’s actief werden, aldus de prof. Ook moeten deze stukken RNA hiervoor een andere taak hebben gehad.

Kortom: alles lijkt er op dat ribosomale eiwitten en RNA zich geleidelijk ontwikkelden. Bewijs dat het ribosoom niet voortkwam uit een RNA wereld, aldus Caetano-Anollés. Hij denkt dat in plaats hiervan een ribonucleo-eiwit wereld bestond, die veel lijkt op de tegenwoordige biochemie. Inderdaad is hier het nodige voor te zeggen: aminozuren komen in grote hoeveelheden voor in koolstofmeteorieten, nucleïnezuren slechts spaarzaam.

Hoe vermenigvuldigen eiwitten zichzelf?
Collega Russell Doolittle, van de University of California te San Diego, vindt het artikel interessant, maar begrijpt niet hoe proteïnes zichzelf katalyseerden, dat wil zeggen: hoe eiwitten andere eiwitten  maakten. Het enige mechanisme dat we kennen en dat een beetje in de buurt komt is dat van de beruchte hersenziekte Creutzfeld-Jacob, waarbij prionen, besmettelijke eiwitten, een gezonde eiwitvariant in een prion veranderen. Dit verandert echter de vouwwijze van het eiwit, niet de aminozuurvolgorde. RNA, daarentegen, kan zichzelf zonder hulp kopiëren. Het tweede krachtige argument voor de RNA-wereld hypothese.

Ook eiwitsynthese zonder ribosomen mogelijk
Caetano-Anollés erkent het belang van deze kwestie. Hij wijst echter op het feit dat de eiwitten die zonder ribosomen andere eiwitten in elkaar zetten, een complex, maar in alle organismen universeel proces dat toch heel specifieke eiwitten kan creëren – ouder zijn dan ribosomale eiwitten. Hij denkt daarom dat niet ribosomen, maar andere moleculen de eerste biologische machines waren die eiwitten in elkaar zetten.

Ook kunnen ribosomen op zichzelf staand niets. Ze zijn volledig afhankelijk van de aanvoer van t-RNA, dat zijn aminozuren waaraan de bijpassende drie RNA-nucleotiden  zijn geknoopt. Ribosomen “passen” voortdurend de puzzelstukjes op het m-RNA en pas indien deze overeenkomen, wordt de RNA losgestript van het t-RNA en het vrijkomende aminozuur aan de eiwitketting geregen. Dit merken van aminozuren gebeurt door eiwitten, niet door RNA, aldus de prof. Hij trekt hieruit de conclusie dat RNA moleculen begonnen als cofactoren (kleine hulpmoleculen) die hielpen bij de eiwitsynthese en deze verfijnden, wat zich uiteindelijk ontwikkelde tot de ingewikkelde ribosomale machinerie van nu.

Naar mijn mening een plausibel verhaal. Inderdaad verklaart dit een aantal merkwaardige dingen die voor mijn gevoel niet klopten in de RNA wereld hypothese. Voor mij nieuw was dat er ook non-ribosomale eiwitsynthese bestaat, maar als je er over nadenkt passen nu de stukjes op hun plaats. Kortom: een eye-opener.
Prettig is ook dat het artikel [2] niet achter een paywall zit. Het artikel vereist enige biochemische kennis, maar deze is op internet op te zoeken.

Bron:
1. Study of ribosome evolution challenges RNA world hypothesis, University of Illinois News Bureau (2012)
2. Ajith Harish, Gustavo Caetano-Anollés. Ribosomal History Reveals Origins of Modern Protein Synthesis. PLoS ONE, 2012

Share Button

Germen

Hoofdredacteur en analist (Visionair.nl) Expertise: biologische productiesystemen (master), natuurkunde (gedeeltelijek bachelor), informatica

Dit vind je misschien ook interessant:

13 reacties

  1. Paul.R schreef:

    Germen, dit onderwerp heeft altijd mijn volledige aandacht. mede daar in de laatste 40 jaar de ontwikkelingen op dit gebied zich steeds sneller beginnen te ontwikkelen. Ook hier blijkt weer uit dit verhaal, dat je in het begin alles niet direkt moet aannemen, maar de tijd moet nemen naar het vervolg van de verdere onderzoeken. ik heb de hier onder aangegeven 2 linken gelezen. En ik ben het met je eens dat het een zeer mooie nieuwe ontwikkeling is, maar laten we ook niet tevroeg juichen. Zoals je zelf weet is dit een van de meest complexe onderwerpen, die je bedenken kunt t.o.v het ontstaan van levend mechanisme. Ps: ik kwam het woordje chemiasche co- evolutie tegen, kon geen vertaling vinden van het woord chemiasche vinden. Ik denk dat je hier chemische bedoelt? indien ja, dan kun je het misschien veranderen? wederom bedankt voor dit artikel. Mvg, Paul.R

  2. Paul.R schreef:

    Julie, goed opgelost, en ik maar denken dat Germen het geschreven en vertaald had.

  3. Razor schreef:

    Zoals Paul zegt: inderdaad een heel interessant onderwerp. Is toch nog een van de meest geheimzinnige raadsels: hoe het leven is ontstaan! En wat ‘leven’ Überhaupt is! Denk dat dit een belangrijke stap is in het verder ontraadselen van de kwestie.

  4. Paul.R schreef:

    Ik denk dat Barry gelijk gaat krijgen, dat de chemie tussen Julie en Germen in de darkroom, aardig tot ontplooiing is gekomen, mijn geluk wensen. Feestje komt later wel.

    • Julie schreef:

      Paul R, ik had op die opmerking van Barry gewoon niet gereageerd..ook deze zal ik negeren.

    • Germen schreef:

      Ach, Barry trekt wel vaker op basis van incomplete of halfbegrepen informatie foute conclusies. Af en toe levert dat vermakelijke resultaten op, zoals met die bewering over de lichtsnelheid nabij het absolute nulpunt.

      Julie zag een spelfout in mijn artikel en heeft deze als medevisionair gecorrigeerd. In principe hebben alle leden van de kerngroep deze mogelijkheid (Niek corrigeert mij ook wel eens, ik anderen ook wel eens). Julie is vrij scherp op dat soort dingen en daar ben ik ook blij mee. In het vuur van de strijd wil de orthografie er bij mij nog wel eens inschieten. Wat dat betreft is het fijn dat we als team elkaars zwakke punten ondervangen, zodat we ons allen op onze sterke punten kunnen toeleggen.

  5. Paul.R schreef:

    Beste Julie, kwetsbaar zijn is geen schaamte. Ook ik ben kwetsbaar net zoals een ieder en daar zal ik nooit voor weglopen. Maar ja, dat ben ik. Niet lelijk bedoelt, maar als je antwoorden gaat geven voor een ander, dan roep je dat denk ik toch wel over jezelf af. Verder alle respekt voor je en ik ga er van uit dat de bedoelingen goed zijn. Volgende keer krijg je een bloemetje van me.

  6. Paul.R schreef:

    Germen, je hebt hier gelijk in, maar wie is er zonder fouten ongeacht hoe ze gemaakt worden, ik maak ze ook en vaak teveel, maar al lerende gaan we met vallen opstaan verder. En het is een positief gegeven als we elkaar op een vriendelijke wijze kunnen corrigeren. Hoofdstuk afgesloten. Mvg, Paul.R.

  7. nutter schreef:

    eyewit opener!!!
    een ding op school: the theory of now!! 

Geef een reactie

Advertisment ad adsense adlogger