Zelfvormerend peptide was mogelijk onderdeel van vroeg leven

Eiwitten en peptiden (korte eiwitten) ontstaan op een matrijs van mRNA dat weer een kopie is van erfelijke informatie vastgelegd in DNA. Eiwitten zijn bouwstenen, signaalstoffen en als enzymen katalyseren ze reacties. RNA en DNA houden erfelijke informatie vast en brengen die over. Eiwit bouwt en werkt, RNA en DNA informeren en bewaren.

Die functies zijn bij alle levende organismen aanwezig, maar de gedachte is dat dit gecompliceerde systeem niet in een keer is ontstaan. Vroeg in de evolutie hebben waarschijnlijk delen van het systeem meerdere functies in zich verenigd.

Reactiekatalyserende RNA-moleculen waren tot nu toe de enig bekende uitzondering op de vaste rolverdeling tussen DNA, RNA en eiwit. Katalyserende eiwitten doen werk dat eigenlijk aan enzymen was voorbehouden. Thomas Cech kreeg in 1989 de Nobelprijs voor de scheikunde voor zijn vondst van katalyserend RNA dat wellicht heel vroeg in evolutie de werking van DNA en eiwit in zich had verenigd. David Lee en collega's van het Scripps Research Institute in La Jolla, California hebben nu een nieuwe mogelijkheid van peptidevermenigvuldiging in het pre-DNA-tijdperk gevonden: eiwit dat zijn eigen formatie uit brokstukken katalyseert. (Nature, 8 aug)

Lee ontwierp een peptide van 32 aminozuren, opgerold tot een kokervormige alfahelix, dat de koppeling van een brokstuk van 15 aminozuren aan een brokstuk van 17 aminozuren katalyseert, waardoor het peptide van 32 aminozuren ontstaat. Zolang er voldoende grondstoffen zijn (de peptiden met 15 en 17 aminozuren) verloopt de snelheid van de zelfreproductie met een parabolisch groeipatroon. Ieder nieuw peptide van 32 aminozuren functioneert als matrijs voor de reactie van weer twee brokstukken tot een compleet peptide. De brokstukken binden daadwerkelijk aan een kant van het peptide en reageren dan aan elkaar vast.

Het ontwerp van het peptide was gebaseerd op een fragment van een bestaand eiwit, een alfahelix in gisttranscriptiefactor, een eiwit dat in gist het aflezen van genen beïnvloedt. De onderzoekers vervingen een aminozuur om de autokatalytische werking te bevorderen en twee andere om het peptide beter spectroscopisch te kunnen detecteren.

De onderzoekers suggereren dat de peptidereplicatie een rol heeft gespeeld in de periode voor er leven op aarde was. Het is wel duidelijk dat in prebiotische omstandigheden spontaan aminozuren en korte peptiden zijn ontstaan. Sommige van die peptidenvolgorden kunnen vervolgens tot zelfreplicatie zijn overgegaan, waardoor een vorm van leven voorstelbaar is zonder regulatie door RNA en DNA. Commentator Stuart Kauffman vraagt zich nu in Nature af of het mogelijk is kruiselings-katalyserende zelfreproducerende systemen te maken. Peptide B moet dan A maken uit twee brokstukken, terwijl peptide A uit twee andere brokstukken peptide B maakt. Dit leidt tot veel vragen. Onder andere: kunnen zulke systemen spontaan ontstaan en ontstaan er spontaan voldoende grondstoffen om de reactiesystemen te voeden?