# RNA המשתכפל בעצמו

> המדענים סינתזו בפעם הראשונה אנזימי רנ"א שיכולים לשכפל את עצמם מבלי שיזדקקו לעזרתם של חלבונים או מרכיבים תאיים אחרים. רנ"א הוא שרשרת נוקלאוטידית שכנראה קדמה לדנ"א ולכן קרוב לודאי קדם לו בדרך מדומם לחי צמד מדענים במכון סקריפס הצליחו ליצור אנזימי רנ"א המסוגלים לשכפל את עצמם ללא קץ. האם זוהי צורת החיים הפשוטה ביותר – והקדומה ביותר? אחת מהשאלות החוזרות ונשנות היא שאלת תחילת החיים. כיצד נוצרו לראשונה החיים על…

- Canonical: https://www.hayadan.org.il/rna-the-immortal-molecule-1801092
- Author: ד"ר רועי צזנה
- Published: 2009-01-18T00:15:39+02:00
- Modified: 2009-01-18T08:42:56+02:00
- Sections: ראשית החיים
- Topics: DNA, RNA, ראשית החיים

## Article

המדענים סינתזו בפעם הראשונה אנזימי רנ"א שיכולים לשכפל את עצמם מבלי שיזדקקו לעזרתם של חלבונים או מרכיבים תאיים אחרים. רנ"א הוא שרשרת נוקלאוטידית שכנראה קדמה לדנ"א ולכן קרוב לודאי קדם לו בדרך מדומם לחי צמד מדענים במכון סקריפס הצליחו ליצור אנזימי רנ"א המסוגלים לשכפל את עצמם ללא קץ. האם זוהי צורת החיים הפשוטה ביותר – והקדומה ביותר? אחת מהשאלות החוזרות ונשנות היא שאלת תחילת החיים. כיצד נוצרו לראשונה החיים על פני האדמה? התשובה שניתנה מאז ומתמיד התמקדה במולקולות המסוגלות ליצור עותקים של עצמן. מולקולות כאלו מקיימות את התנאי הראשוני לתורשתיות, תכונה המאפיינת את כל המערכות החיות. עתה, זוג מדענים ממכון סקריפס למחקר עשו צעד גדול לקראת השגת תשובה על השאלה. המדענים סינתזו בפעם הראשונה אנזימי רנ"א שיכולים לשכפל את עצמם מבלי שיזדקקו לעזרתם של חלבונים או מרכיבים תאיים אחרים, והתהליך נמשך שוב ושוב, לפרק זמן בלתי-מוגבל. בעולם המודרני, הדנ"א נושא את רצף המידע הגנטי באורגניזמים מפותחים, בעוד שהרנ"א אחראי על העברת המידע מהדנ"א אל הריבוזומים, הפועלים לפי ההוראות הטמונות במידע ומייצרים חלבונים חדשים. תיאוריה חשובה אחת לגבי מקור החיים, הקרויה 'עולם הרנ"א', מניחה כי משום שרנ"א יכול לתפקד גם כגן וגם כאנזים, יתכן שהרנ"א התקיים לפני הדנ"א והחלבונים, כמולקולה הקדומה של החיים. יחד עם זאת, תהליך השעתוק של מולקולה המכילה חומר גנטי, שנחשב לדרישה בסיסית של החיים, מסובך ביותר ודורש את מעורבותם של חלבונים רבים ויחידות אחרות בתא. במשך שנים רבות, חוקרים תהו האם יתכן שקיימת דרך פשוטה יותר לשכפל את הרנ"א, שהרנ"א עצמו יכול לבצע. מעבדתו של ג'וייס ואחרים עשו כבר מספר צעדים בדרך זו, אך טרם קם האדם שהצליח להראות ששכפול רנ"א יכול להימשך לאורך זמן – כלומר, שגם תוצרי השכפול יצליחו לשכפל את עצמם. מספר שנים לאחר שטרייסי לינקולן הגיעה למכון סקריפס מג'מייקה כדי לעבוד על הדוקטורט שלה, היא החלה לחקור את רעיון השכפול באמצעות רנ"א, צד בצד עם המנחה, פרופסור ג'ראלד ג'וייס. עבודתם החלה בשיטה של 'התאמה מאולצת', הידועה גם כ- 'אבולוציה במבחנה'. מטרתם היתה לקחת אחד מאנזימי הרנ"א הקיימים כבר במעבדה, ושהיה מסוגל לבצע את הפעולה הכימית הבסיסית של שכפול, ולשפר אותו עד לנקודה בה יוכל לבצע שכפול עצמי יעיל ומתמיד. לינקולן סינתזה במעבדה אוכלוסיה גדולה של אנזימי רנ"א שונים במקצת, והעבירה אותם אבולוציה במבחנה במטרה להשיג את הוריאנטים שהיו מתאימות במיוחד בחיבור חתיכות רנ"א. בסופו של דבר, תהליך זה איפשר לקבוצה לבודד גרסה של האנזים המקורי שעברה אבולוציה והינה משכפל יעיל מאד. האנזים המשופר ממלא אחר הדרישה הראשית: לעבור שכפול מתמיד. מערכת השכפול מערבת, למעשה, שני אנזימים. כל אחד מהם מורכב משתי תת-יחידות, ומתפקד כזרז המחבר את שתי תת-היחידות האחרות. תהליך השכפול מעגלי: האנזים הראשון קושר את שתי תת-היחידות שמרכיבות את האנזים השני, ומחבר אותן זו לזו ליצירת עותק חדש של האנזים השני. לאחר מכן, האנזים השני קושר באופן דומה את שתי תת-היחידות המרכיבות את האנזים הראשון. בדרך זו, שני האנזימים מרכיבים זה את זה בתהליך הנקרא שכפול בהצלבה (cross replication). כדי שהתהליך ימשך באופן אינסופי, יש רק צורך בכמות התחלתית קטנה של שני האנזימים ובאספקה קבועה של תת-היחידות. "זהו המקרה היחידי מחוץ לביולוגיה, בו מידע מולקולרי הפך להיות נצחי," אמר ג'וייס. אבל זה בלבד לא הספיק לחוקרים. השניים יצרו מגוון של זוגות אנזימים עם יכולות דומות. הם ערבבו תריסר זוגות צולבים של אנזימים משכפלים שונים, ביחד עם כל תת-היחידות שלהם, והתירו להם להתחרות זה בזה במבחן מולקולארי שיקבע מי מהם הכשיר ביותר להתרבות במבחנה. רוב הזמן, האנזימים שכפלו את עצמם כראוי, אך מדי פעם עשה אנזים זה או אחר טעות וקשר תת-יחידה שהיתה שייכת לאחד מהאנזימים המשתכפלים האחרים. כאשר 'מוטציה' כזו אירעה, האנזימים החדשים שנוצרו היו מסוגלים גם הם להמשיך בשכפול העצמי, והמשכפלים הכשירים ביותר השתלטו על המבחנה. "עבורי, זוהי למעשה התוצאה הגדולה ביותר," אמר ג'וייס. המחקר מראה שהמערכת יכולה לתמוך במידע מולקולרי ולהעבירו לדורות הבאים באופן תורשתי, ובכך להביא ליצירת וריאציות של עצמה באופן המזכיר אבולוציה דרוויניסטית. לפיכך, אומרת לינקולן, "מה שיש לנו אינו בחיים, אך הצלחנו להראות שיש לו תכונות דמויות-חיים מסוימות, וזה היה מעניין ביותר." ערכה האמיתי של העבודה, לפי ג'וייס, טמון ברמת המחקר הבסיסי. "מה שמצאנו עשוי להיות רלוונטי לדרך בה החלו החיים, באותה נקודת מפתח בה החלה האבולוציה הדרוויניסטית." יחד עם זאת, הוא מזדרז להצביע על כך שלמרות שמערכת אנזימי הרנ"א המשתכפלים ניחנה בתכונות מסוימות של החיים, היא אינה מהווה צורת חיים בפני עצמה. את מקור החיים האמיתי לעולם לא נוכל לשחזר במדויק, ולכן עלינו רק לענות על השאלה האם ניתן יהיה אי-פעם ליצור חיים במעבדה. התשובה על כך עשויה, כמובן, לענות על השאלה המקורית: כיצד נראו החיים בצורתם המוקדמת ביותר. "אנחנו לא מנסים להריץ את הזמן אחורנית," אמרה לינקולן, "אך זה עשוי להסביר לנו איך עלינו להתחיל להבין את גיחת החיים במעבדה." ג'וייס אומר שרק כאשר תפותח מערכת במעבדה, המסוגלת לעבור אבולוציה לקבלת יכולות חדשות בעצמה, אזי היא תיקרא חיה. "אנו נוקשים על הדלת הזו," אמר, "אך כמובן שעדין לא הגענו לכך." תת-היחידות באנזימים שהרכיבה הקבוצה מכילות נוקליאוטידים רבים, כל אחת מהן, ולכן הן מסובכות יחסית. קשה להניח שניתן היה למצוא אותן משייטות במרק הקדום. אך למרות שכנראה שאבני הבניין המקוריות היו פשוטות יותר, עבודה זו מראה סוף-סוף כי צורת חיים המבוססת של רנ"א אכן אפשרית. מידע זה יקדם את המחקר העתידי הנוגע בסוגיית עולם הרנ"א, ובתקווה יאפשר לנו, בסופו של דבר, לעמוד על מקור החיים על פני האדמה. המחקר התפרסם ב- 8 לינואר, 2009, במגזין Science Express. מקור: http://www.scripps.edu/newsandviews/e_20090112/joyce.html