Erste Gene bestanden möglicherweise aus Mischformen von DNA und RNA

    5. April 2019, 10:00
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    Vorläufer eines Bausteins für sowohl RNA als auch DNA stellt bisherige RNA-Welt-Hypothese in Frage

    Die Desoxyribonukleinsäure, also DNA, ist der molekulare Träger der Erbinformation. Chemisch sehr ähnlich ist die Ribonukleinsäure, RNA, die nur in Viren diese Aufgabe erfüllt und sonst für eine Vielzahl von anderen Funktionen verantwortlich ist. RNA ist zwar ebenfalls ein sehr komplexes Molekül, aber etwas simpler als DNA, und kann nicht nur Information übertragen, sondern auch chemische Reaktionen katalysieren.

    RNA-basierter Beginn des Lebens

    Zudem kann trotz der Ähnlichkeit das eine Molekül auf rein chemischem Weg nicht in das andere überführt werden. Deshalb wird heute meist von der sogenannten RNA-Welt-Hypothese ausgegangen. Laut dieser basierten die allerersten Grundformen des Lebens auf der vielseitigeren RNA und wechselten erst später auf das stabilere Speichermedium DNA.

    foto: reuters/national human genome research institute
    Zwei DNA-Stränge bilden die klassische Doppelhelix. DNA könnte schon früher als gedacht als Speichermedium verwendet worden sein.

    Ramanarayanan Krishnamurthy vom Scripps Research Institute in Kalifornien, der auch an der aktuellen Studie beteiligt ist, und seine Kollegen zeigten 2017 eine Möglichkeit auf, wie RNA und DNA gemeinsam aufgetaucht sein könnten. Diamidophosphat war vermutlich schon auf der "präbiotischen" Erde vorhanden, also zu einer Zeit, als es noch keine Lebensformen gab. Dieses Molekül ist dazu in der Lage, Bausteine von RNA und auch DNA zu längeren, kettenartigen Strängen zu verknüpfen.

    Gemeinsamer Grundbaustein von RNA und DNA

    Zusammen mit dem Team von John Sutherland vom Medical Research Council in Cambridge identifizierten die Forscher um Krishnamurthy jetzt eine weitere Schlüsselkomponente. 2-Thiouridin dürfte ebenfalls schon auf der noch unbelebten Erde vorhanden gewesen sein und zum Aufbau der Informationsträger gedient haben. Die Forscher zeigten, dass diese Verbindung nicht nur Vorläufer der Bausteine von RNA ist, sondern in wenigen chemischen Schritten auch zu einem Baustein der DNA reagieren kann.

    Damit sollte der Möglichkeit mehr Platz eingeräumt werden, dass nicht nur RNA, sondern RNA und DNA gemeinsam in den ersten Lebensformen enthalten waren. Die Wissenschafter schlagen sogar vor, dass die ersten Gene noch Mischungen von RNA und DNA gewesen sein könnten. Organismen mit diesen Eigenschaften sind zwar heute nicht bekannt, es konnten aber erst vor Kurzem künstliche Bakterien mit solchen Mischgenen hergestellt werden.

    Die neue Theorie der Mischformen würde auch nicht gegen die heutige Arbeitsteilung von RNA und DNA sprechen, denn selbst wenn sie am Anfang des Lebens zusammen waren, hätten sie sich evolutionär schnell nach ihren Vor- und Nachteilen aufgetrennt: DNA für die langfristige Speicherung genetischer Information und RNA für ihre eigenen Aufgaben, wie das kurzfristige Speichern und Transportieren der Information, sowie das Herstellen von Proteinen. "Man beginnt in unserem Forschungsfeld zu realisieren, dass RNA und DNA ursprünglich gemischt gewesen sein könnten, aber sich später gemäß ihren Spezialitäten trennten", fasst Krishnamurthy zusammen. (pkm, 5.4.2019)

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