Předchůdkyně DNA
Superpočítač rozpohyboval molekulu z počátků života

Simulace na superpočítači v americké Národní laboratoři v Oak Ridge pomohla molekulárním biologům pochopit chování molekuly, která je schopna nést genetickou informaci stejně jako DNA a zároveň umí řídit chod biochemických reakcí jako bílkovinné enzymy. Díky těmto vlastnostem mohla sehrát klíčovou roli v samém počátku života.

Co bylo dříve? Molekula DNA, nesoucí dědičnou informaci, nebo bílkoviny, které se podle této informace tvoří, ale zároveň jsou pro fungování DNA nezbytné? V dnešních organismech uzavřely nukleové kyseliny a bílkoviny koalici. DNA se nejdřív kopíruje do příbuzné RNA. Podle takto přepsaného návodu pak buňka vyrábí bílkoviny, které plní další důležité funkce.

Ale bílkovinné enzymy jsou nezbytné i pro samotný proces kopírování DNA a pro přepis genetické informace do RNA. Takže informace zapsané v DNA mohou být přečteny pouze za pomoci bílkovinných enzymů, které se však právě podle těchto informací vyrábějí. Jak mohl tak složitý a do sebe uzavřený systém vzniknout?

Svět RNA

Teoretické řešení je známo už dlouho. Vznik života mohl být spojen s molekulou, která zvládala obě role současně: nesla dědičnou informaci a dokázala se kopírovat bez cizí pomoci. Jedním z kandidátů na tuto pramolekulu je právě RNA. Thomas Cech a Sidney Altman před třiceti lety prokázali, že tato molekula se může za jistých okolností kopírovat bez asistence bílkovinných enzymů. V roce 1989 za to dostali Nobelovu cenu.

Odborníci z Oak Ridge ve spolupráci s kolegy z německého Heidelbergu nyní do výzkumu RNA zapojili superpočítač. Tradiční metody (například rentgenová analýza) jsou statické, umožňují zjistit informace o molekule pouze v jednom konkrétním okamžiku, kdežto pro pochopení její funkce je důležitá dynamika. Simulace ukázala, jak se jednotlivé části molekuly vzájemně ovlivňují a jaké vnitřní pohyby v ní probíhají.

Vědělo se, že jeden z typů RNA vyžaduje pro správné fungování atomy hořčíku, nebylo však zřejmé, jakou roli přesně hrají. Ze simulace vyplynulo, že RNA řídí průběh biochemických reakcí tím, že se jedna její část zavírá a otevírá jako jakási atomární „ústa". A právě tento pohyb je závislý na přítomnosti atomů hořčíku.

Vědci výsledky počítačové simulace publikovali v časopise Journal of the American Chemical Society.