Жидкие кристаллы, образованные короткими цепями РНК, выявлены с помощью поляризованной оптической микроскопии. ©Американское химическое общество
Экранные дисплея современных телевизоров, сотовых телефонов и компьютерных мониторов полагаются на жидкие кристаллы — материалы, которые текут подобно жидкостям, но имеют молекулы, связанные в кристаллических структурах. Тем не менее жидкие кристаллы возможно, играли намного более древнюю роль: помогали собрать первые биомолекулы Земли. Исследователи, опубликовавшие отчет в ACS Nano , обнаружили, что короткие молекулы РНК могут образовывать жидкие кристаллы, которые стимулируют рост в более длинные цепи.
Ученые предположили, что жизнь на Земле возникла в "мире РНК", где РНК выполнила двойную роль переноса генетической информации и проведения метаболизма до начала ДНК или белков. Действительно, исследователи обнаружили каталитические нити РНК или "рибозимы" в современных геномах. Известные рибозимы имеют длину около 16-150 нуклеотидов, но как эти последовательности собирались в изначальном мире без существующих рибозим или белков? Томмазо Беллини и его коллеги задавались вопросом, могут ли жидкие кристаллы помогать направлять коротких предшественников РНК для образования более длинных нитей.
Чтобы выяснить это, исследователи изучили различные сценарии, при которых короткие РНК могут самособираться. Они обнаружили, что при высоких концентрациях короткие последовательности РНК (длиной 6 или 12 нуклеотидов) спонтанно упорядочиваются в жидкокристаллические фазы. Жидкие кристаллы образовались еще более легко, когда исследователи добавили ионы магния, которые стабилизировали кристаллы, или полиэтиленгликоль, который секвестрировал РНК в высококонцентрированные микродомены. Как только РНК удерживаются вместе в жидких кристаллах, химический активатор может эффективно соединять их концы с гораздо более длинными нитями. Эта схема также помогла избежать образования круговых РНК, которые не могли быть продолжены дальше. Исследователи отмечают, что полиэтиленгликоль и химический активатор не были бы найдены в первичных условиях, но, говорят они, другие молекулярные виды могли бы играть схожие, если не менее эффективные, роли.