고대 단백질은 지구 생명의 기원에 대한 새로운 단서를 제공합니다.

연구원들은 실험실에서 초기 지구 조건을 시뮬레이션함으로써 특정 아미노산이 없었다면 고대 단백질이 식물, 동물 및 인간을 포함하여 오늘날 지구상에 살아있는 모든 것으로 진화하는 방법을 알지 못했을 것임을 발견했습니다.

아미노산이 고대 미생물의 유전 암호를 어떻게 형성했는지 자세히 설명하는 이번 발견은 지구에서 생명이 어떻게 시작되었는지에 대한 미스터리를 밝혀줍니다.

“인간에서 박테리아, 고세균에 이르기까지 모든 유기체에서 동일한 아미노산을 볼 수 있습니다. 이는 지구상의 모든 것이 모든 생물의 조상인 유기체인 이 생명 나무를 통해 연결되어 있기 때문입니다.” 체코 찰스 대학의 과학자들과 공동 연구를 이끈 존스 홉킨스 화학자 스테판 프라이드. “우리는 그 조상이 아미노산을 갖게 된 이유를 형성한 사건을 설명하고 있습니다.”

연구 결과는 에 새로 발표되었습니다. 미국화학학회지.

실험실에서 연구자들은 지구에 생명이 생기기 전에 매우 풍부했던 대체 아미노산 세트를 사용하여 40억 년 전의 원시 단백질 합성을 모방했습니다.

그들은 고대 유기 화합물이 단백질 폴딩에 가장 적합한 아미노산을 생화학으로 통합한 것을 발견했습니다. 즉, 고대 서식지에서 일부 아미노산을 구할 수 있고 쉽게 만들 수 있었기 때문만이 아니라 일부 아미노산이 중요한 기능을 수행하기 위해 단백질이 특정 형태를 채택하도록 돕는 데 특히 능숙했기 때문에 지구에서 생명체가 번성했습니다.

“단백질 접힘은 기본적으로 지구에 생명체가 존재하기도 전에 진화를 가능하게 했습니다.”라고 Fried는 말했습니다. “생물학을 갖기 전에 진화를 할 수 있었고 DNA가 있기 전에도 생명에 유용한 화학 물질에 대한 자연 선택을 할 수 있었습니다.”

원시 지구에는 수백 개의 아미노산이 있었지만 모든 생명체는 동일한 20개의 이러한 화합물을 사용합니다. Fried는 이러한 화합물을 “표준”이라고 부릅니다. 그러나 과학은 그 20개의 아미노산에 대해 무엇이 그렇게 특별한지 정확히 지적하기 위해 고군분투했습니다.

처음 10억년 동안 지구의 대기는 암모니아 및 이산화탄소와 같은 다양한 가스로 구성되어 있으며 높은 수준의 자외선에 반응하여 더 간단한 표준 아미노산 중 일부를 합성했습니다. 다른 사람들은 지구 생명체가 10개의 “초기” 아미노산 세트를 완성하는 데 도움이 되는 혼합 재료 가방을 도입한 운석에 의한 특별 배달을 통해 도착했습니다.

나머지가 어떻게 생겼는지는 Fried의 팀이 새로운 연구를 통해 답을 찾으려고 노력하고 있는 열린 질문인데, 특히 그 우주 암석이 “현대” 아미노산보다 훨씬 더 많은 것을 가져왔기 때문입니다.

“우리는 우리의 표준 아미노산에 대해 무엇이 그렇게 특별한지 알아내려고 노력하고 있습니다.”라고 Fried는 말했습니다. “특정한 이유로 선발되었나요?”

과학자들은 지구의 나이가 46억년이고 DNA, 단백질 및 기타 분자가 38억년 전까지 단순한 유기체를 형성하기 시작하지 않았다고 추정합니다. 새로운 연구는 그 사이에 일어난 일에 대한 미스터리에 대한 새로운 단서를 제공합니다.

“다윈의 관점에서 진화를 하려면 DNA와 RNA와 같은 유전 분자를 단백질로 바꾸는 정교한 방법이 필요합니다. 그러나 DNA를 복제하려면 단백질도 필요하기 때문에 닭이 먼저냐 달걀이 먼저냐 하는 문제가 있습니다.”라고 Fried는 말했습니다. “우리 연구는 자연이 다윈의 진화 이전에 유용한 특성을 가진 빌딩 블록을 선택했을 수 있음을 보여줍니다.”

과학자들은 지구에서 멀리 떨어진 소행성에서 아미노산을 발견했으며, 이는 이러한 화합물이 우주의 다른 구석에 편재되어 있음을 시사합니다. 그렇기 때문에 Fried는 새로운 연구가 지구 너머의 생명체를 찾을 가능성에 대한 함의를 가질 수 있다고 생각합니다.

“우주는 아미노산을 사랑하는 것 같습니다.”라고 Fried는 말했습니다. “아마도 우리가 다른 행성에서 생명체를 발견했다면 그렇게 다르지 않았을 것입니다.”

이 연구는 Human Frontier Science Program 교부금 HFSP-RGY0074/2019와 NIH Director’s New Innovator Award(DP2-GM140926)의 지원을 받습니다.

저자로는 Johns Hopkins의 Anneliese M. Faustino; Charles University의 Mikhail Makarov, Alma C. Sanchez Rocha, Ivan Cherepashuk, Robin Krystufek 및 Klara Hlouchova; 체코 과학 아카데미의 Volha Dzmitruk, Tatsiana Charnavets 및 Michal Lebl; 및 Tokyo Institute of Technology의 Kosuke Fujishima.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/02/230227132541.htm