Od czasów Darwina toczy się wśród naukowców gorąca dyskusja, czy przed milionami lat, na długo zanim na Ziemi pojawiły się najbardziej prymitywne organizmy żywe, białka mogły powstawać z aminokwasów w sposób sponatniczny. Hipotezę tą postanowił sprawdzić zespół niemieckich badaczy, jednak nie przy użyciu kombinacji związków chemicznych i parametrów fizycznych, ale wyłącznie narzędzi bioinformatycznych, czyli in silico!
Jedną z opcji, w jaki sposób mogły powstać pierwsze kompleksowe biomolekuły, jest możliwość chemicznej syntezy bez angażowania w ten proces organelli żywych komórek, np. rybosomów. Taką możliwość już w 1871 roku wyrażał Darwin w liście do zaprzyjaźnionego botanika. Jego zdaniem z mieszaniny soli fosforanowych i amoniaku z dodatkiem światła, gorąca i elektrycznych wyładowań mogły zachodzić bardziej kompleksowe zmiany między molekułami.
W związku z powyższym niemieccy badacze z Uniwersytetu w Bochum zadali sobie ponownie pytanie: “Czy możliwe było spontaniczne samopowstawanie cząsteczek białek?“. “A jeśli tak, to w jaki sposób do tego dochodziło?” - pytał się prof. Dominik Marx.
Podstawy hipotezy, którą postanowili sprawdzić chemicy z Bochum, opracował w połowie lat 80-tych XX wieku Günter Wächterhäuser z Monachium. Teoria ta, nazwana “Światem żelaza i siarki” za podstawę uważała minerały pirytu (FeS2) czyli związku tych dwóch pierwiastków. Wiązania między nimi miały dostarczać energii dla prekursorów późniejszych komórek. Niezbędne do tego procesu miały być temperatura i wysokie ciśnienie, takie jak na przykład panują w głębinach morskich i oceanicznych, gdzie występują źródła hydrotermalne. W celu sprawdzenia tej hipotezy badacze wykorzystali jednak komputery. Powodem była praktycznie niemożność odtworzenia w laboratorium takich warunków, jakie panują na dnie morskim.
Naukowcy zasiedli więc do komputerów i wprowadzili odpowiednie dane symulując in silico warunki zgodne z wytycznymi hipotezy świata żelaza i siarki. Zaskoczeniem było to, że komputerowa symulacja pokazała, iż reakcje opisywane przez Wächterhäusera w istocie przyspieszały tworzenie się wiązań peptydowych - piszą naukowcy na łamach czasopisma “Journal of the American Chemical Society“. Oprócz tego woda in silico miała zupełnie inne właściwości fizykochemiczne niż woda z kranu, którą chemicy musieliby zastosować do eksperymentu w laboratorium.
Nie bez znaczenia jest fakt, że przeprowadzenie takiej symulacji oddziaływań z zakresu dynamiki molekularnej in silico możliwe było tylko dzięki zastosowaniu ogromnej mocy obliczeniowej superkomputera IBM Blue Gene znajdującego się Instytucie Johna von Neumanna Centrum Komputerowego w Jülich (Niemcy).
hlbiotech
źródło: Journal of American Chemical Society
———————————
Oryginalna publikacja: Eduard Schreiner, Nisanth N. Nair, and Dominik Marx, “Influence of Extreme Thermodynamic Conditions and Pyrite Surfaces on Peptide Synthesis in Aqueous Media”, J. Am. Chem. Soc., ASAP Article, Web Release Date: February 7, 2008, doi: 10.1021/ja7108085 S0002-7863(71)00808-4
