Toen het eerste leven opkwam op aarde, kreeg het misschien hulp uit een onverwachte bron: een bestandsdeel van urine. Ureum is mogelijk een cruciale bouwsteen van de eerste eenvoudige genen.
Het leven op aarde ontstond minstens 3,5 miljard jaar geleden. Niemand weet precies hoe, maar waarschijnlijk werden simpele moleculen complexer totdat ze zich konden samenvoegen tot rudimentaire levende cellen.
Een van de belangrijkste stappen moet de vorming van de eerste genen zijn geweest. Vandaag de dag slaan de meeste organismen hun genen op in DNA. Veel wetenschappers geloven echter dat de eerste organismen een vergelijkbaar molecuul gebruiken genaamd RNA.
‘Ik probeer robots te ontwikkelen die ook echt een nieuwe stap maken’
Hoe werkt vliegen? Dat lijkt een simpele vraag, maar voor luchtvaarttechnicus en bioloog David Lentink is het een levenslange zoektocht.
Het probleem met het idee dat het leven is begonnen in een ‘RNA-wereld’ is dat RNA een complex molecuul is. Het is een keten van kleinere moleculen genaamd nucleosiden en fosfaten. Dat maakt het moeilijk te verklaren hoe zo’n molecuul in de natuur heeft kunnen ontstaan. Sommige biochemici denken daarom dat er eerst een simpeler molecuul moet zijn geweest.
Eenvoudige versie
‘Dat roept de vraag op: wat zou die voorganger van RNA kunnen zijn geweest?’ zegt scheikundige Thomas Carell van de Ludwig Maximilians-universiteit in München. ‘Wij dachten: we beginnen met maar twee moleculen: formaldehyde en ureum.’ Beide zijn eenvoudig en bestonden waarschijnlijk al op de vroege aarde.
Het team van Carell heeft formaldehyde en ureum gebruikt om een eenvoudige versie van RNA te maken. Eerdere experimenten wezen uit dat formaldehyde is om te zetten in suikers, inclusief ribose – een onmisbaar onderdeel van RNA – dus richtte Carells team zich voornamelijk op ureum.
Het team wist al dat afzonderlijke ureummoleculen zich aan elkaar hechten in twee- en drietallen als je ureum verhit. Deze uit ureum opgebouwde moleculen mengden de onderzoekers met ribose en water. Dat mengsel verhitten ze tot 95 graden Celsius, totdat het opdroogde; daarna voegden ze meer water toe. Zo bootsten zij een vulkanische vijver na, die opdroogt in de zon en zich dan weer vult.
Genetische informatie
Het resultaat waren moleculen die leken op nucleosiden, die het team ‘ureumnucleosiden’ doopte. Vervolgexperimenten lieten zien dat deze in RNA-moleculen ingepast kunnen worden, in plaats van de gewone nucleosiden.
Belangrijk daarbij is dat de nucleosiden in RNA aan elkaar kunnen koppelen en dat ureumnucleosiden daar ook toe in staat zijn. Dat suggereert dat ze genetische informatie op kunnen slaan. ‘Het is zeker een molecuul dat we in overweging kunnen nemen als voorloper van RNA’, zegt Carell.
Chemische fossielen
Misschien zijn er zelfs wel sporen van ureumnucleosiden te vinden in moderne organismen. Carell stelt dat organismen meer dan 150 aangepaste nucleosiden in bepaalde soorten RNA gebruiken. Die bevatten vaak stoffen afgeleid van ureum. ‘Wij stellen dat deze ‘niet-canonieke’ nucleosiden chemische fossielen zijn’, die zouden hebben overleefd sinds het pre-RNA-tijdperk, aldus Carell.
Later zou dit proto-RNA complexer zijn geworden en preciezer zijn gaan werken, waar dan uiteindelijk ‘echt’ RNA uit voort zou zijn gekomen. In een artikel gepubliceerd in Science beschrijft Carell manieren om de bouwstenen van RNA te maken. Hun overige ideeën over het pre-RNA-tijdperk zetten ze uiteen in een artikel in Angewandte Chemie.
