RNA: nuove evidenze per comprendere l’origine della vita

L’ipotesi del “mondo a RNA” è uno dei pilastri della ricerca sull’origine della vita. Secondo questa teoria, prima della vita come la conosciamo, si sarebbero formate molecole di RNA che, oltre alle loro funzioni attuali, avrebbero assunto anche quelle del DNA e degli enzimi. Un interessante studio recente, pubblicato sulla rivista Nature, va un passo oltre.

L’articolo dimostra che un RNA semplice può generare peptidi nelle condizioni del “mondo a RNA”. In questo modo, agirebbe come un predecessore molto semplice della funzione svolta dal ribosoma. La chimica dimostra che la formazione abiotica di un ibrido RNA-peptide è possibile.

L’interesse di questo lavoro risiede nella sua coerenza con un modello globale. Per coloro che hanno lavorato sui passaggi precedenti nel processo dell’origine della vita, è coerente con il ruolo dell’urea come composto chiave nell’origine della vita. Il lavoro aggiunge un altro ruolo ai molteplici ruoli di questa molecola nel mondo prebiotico: l’urea come connettore in una sintesi di peptidi primordiale.

È anche coerente con ciò che sappiamo sulla biologia molecolare. Pertanto, questo lavoro non rappresenta un cambio di paradigma, ma chiarisce un malinteso storico riguardo al significato del concetto di “mondo a RNA”.

Nucleotidi canonici, non canonici e paradossi dell’RNA

Le basi del DNA sono adenina, guanina, citosina e timina. Le basi dell’RNA sono adenina, guanina, citosina e uracile. Le chiamiamo “basi canoniche“. Sono predominanti nella struttura degli acidi nucleici e responsabili del linguaggio del codice genetico.

È allettante concentrarsi sulle basi canoniche (e sui loro corrispondenti nucleotidi) quando si pensa all’origine della vita.

L’RNA è una molecola versatile, che può agire come trasmettitore di informazioni genetiche, come catalizzatore di reazioni chimiche (ribozimi), inclusa la sua stessa sintesi. Il lettore potrebbe pensare che, forse, la vita sia stata preceduta dalla formazione di molecole di RNA in grado di generare copie di se stesse e dare inizio alla vita (via 1 nello schema). Sembra logico che queste molecole abbiano aperto la strada verso l’origine delle proteine e del metabolismo. Così, molti scienziati si sono lanciati nel compito di trovare modi in cui l’RNA potrebbe essersi generato prima della vita, a partire dai suoi componenti canonici.

Tuttavia, l’RNA è paradossale.

Da un lato, pensiamo che sia così antico che ci sia stato un “mondo a RNA” prima della vita cellulare.

Dall’altro lato, è molto difficile che una molecola di RNA si possa formare nel mondo prebiotico.

Una proprietà delle basi canoniche è che resistono alla formazione di nucleotidi e alla loro connessione per formare RNA. Nonostante i recenti progressi, non possiamo dare una risposta chiara a questo problema e forse la via 1 dello schema non è il percorso giusto. In effetti, sono state trovate basi canoniche in campioni di meteoriti. Ma non ci sono indizi che puntino verso l’RNA; il paradosso dell’RNA rende improbabile che la vita provenga dallo spazio.

Oltre a queste difficoltà nel generare RNA nel mondo prebiotico, c’è un problema di selezione: perché il DNA e l’RNA hanno questa composizione? Come sono state scelte le basi canoniche?

Non ne siamo sicuri.

Nel mondo prebiotico, le basi canoniche devono essere emerse insieme ad altre molecole che possono svolgere la stessa funzione, anche più facilmente: sono le basi e i nucleotidi non canonici. In un problema chiamato paradosso dell’appaiamento delle basi, vediamo che, precisamente, la difficoltà è selezionare le basi canoniche tra tutte le altre.

Quali indizi ci dà la vita stessa?

Uno è che l’RNA richiede la presenza di nucleotidi non canonici per il suo funzionamento. La composizione dell’RNA è molto più complessa e include decine di basi esotiche. I nucleotidi non canonici rimangono essenziali nella vita attuale e sono chiave nell’evoluzione. Forse, all’origine della vita, c’era una molecola simile, precedente all’RNA attuale, in cui i componenti esotici avevano un’importanza ancora maggiore e che si è evoluta, mantenendo solo i componenti non canonici necessari.

L’RNA attuale sarebbe un prodotto biologico, non prebiotico, risultato dell’evoluzione del codice genetico, mantenendo i componenti non canonici sotto forma di modificazioni delle basi.

La biologia ci insegna anche che l’RNA e le proteine vanno sempre insieme. Entrambi interagiscono, si completano e si necessitano a vicenda. Sappiamo che la funzione dell’RNA come generatore di proteine è molto antica, forse precedente alla vita stessa. È ragionevole pensare che entrambi i tipi di molecole coesistessero.

Questo ultimo studio mostra che, chimicamente, è possibile questa via di coevoluzione in un modo che conserva la logica della vita come la conosciamo: nucleotidi non canonici essenziali per la funzione dell’RNA e la sua azione nella sintesi di peptidi come una funzione primordiale, aprendo la strada verso la struttura comune più antica e meglio preservata della vita terrestre: il ribosoma.

Il concetto di “mondo a RNA” è stato talvolta frainteso. Come ci insegnano sia la chimica che l’RNA della vita attuale, è l’insieme di componenti canonici, non canonici e peptidici che ha reso possibile un percorso di evoluzione chimica precedente all’evoluzione biologica. Il “mondo a RNA” è un mondo pre-RNA-peptide.

Fortunatamente, tutto questo rimane una questione aperta; abbiamo ancora molto da imparare, in un momento emozionante per la conoscenza dell’origine della vita sul nostro pianeta.