Het vroegste leven had citroenzuur nodig

Begin van leven is steeds beter na te bootsen. RNA, blaasjes, magnesium en zuur zijn de ingrediënten

Het vroegste leven ontstond vier miljard jaar geleden toen RNA-moleculen zichzelf kopieerden. Dat gebeurde binnen kleine blaasjes van vetzuurmoleculen. Dat lukt alleen in aanwezigheid van magnesiumionen én citroenzuur. De noodzaak van citroenzuur leverde Nobelprijswinnaar (voor telomeren in 2009) Jack Szostak en zijn promovendus Katarzyna Adamala gisteren een Science-publicatie op.

Na zijn ontdekkingen aan telomeren die chromosomen in staat stellen te delen en beschermen tegen veroudering, verlegde Szostak zijn onderzoek naar het ontrafelen van het eerste leven. Als hij slaagt, wint hij vast weer een Nobelprijs. Hij wil weten hoe de chemie biologie werd.

Al sinds de jaren zeventig bestaat het vaste idee dat het leven begon binnen vesicles (letterlijk: blaasjes). Het zijn primitieve cellen met wanden van gerangschikte vetzuurmoleculen. Die kleine compartimenten zijn nodig om molecuulsystemen die zichzelf vermenigvuldigen bij elkaar te houden.

Een ander idee is dat de oudste erfelijke informatie vastlag in de base-volgorde in RNA-moleculen.

Vrijwel alle levensvormen op aarde bewaren hun erfelijke code en geven hem door via DNA (RNA-virussen zijn de uitzondering). Maar voor het alleroudste leven is DNA te stabiel, met zijn wenteltrapvormige dubbelstrengen. En het heeft eiwit-enzymen nodig om zich te vermenigvuldigen. RNA kan erfelijke informatie bevatten, maar RNA kan ook als enzym werken.

Szostak wil in zijn lab een zichzelf instandhoudend en evoluerend prutje maken van RNA, vesicles en hulpmoleculen. Hij ziet acht problemen, legt hij uit in een nieuwsartikel in Science. Drie zijn opgelost, drie andere bijna. Een van beide resterende problemen is hoe RNA-moleculen spontaan kunnen ontstaan. Zonder dat iemand een mal aanbiedt.

Eén van de drie al bekende oplossingen beschrijven Adamala en Szostak in hun nieuwste Science-artikel: RNA-moleculen kunnen zichzelf kopiëren in aanwezigheid van voldoende magnesiumionen. Maar in die concentratie vernietigen ze vernietigen de oudste celwanden. Adamala en Szostak testten een serie verbindingen die magnesiumionen gedeeltelijk omhullen – ‘chelatie’ is de vakterm. De afscherming moest niet zo sterk zijn dat het RNA-kopieerwerk stopt, maar voldoende om de schade aan de vetzuurwanden te voorkomen.

Citroenzuur rolde er als beste uit. Achteraf gezien past citroenzuur in de mix van moleculen die bij het vroegste ‘leven’ betrokken zijn. Het molecuul is al vanaf het begin van het leven betrokken bij het vrijmaken van energie uit suikers, vetten en eiwitten. Die zogeheten citroenzuurcyclus komt in alle levende organismen voor.

Wim Köhler