Op zoek naar de klepel

bij dezen en genen

DNA-eiwit hybride repliceert in vitro

Er wordt veel onderzoek gedaan naar de spontane vorming van moleculen die essentieel zijn voor het ontstaan van leven. Zo heeft het Miller-Urey experiment aangetoond dat alle 22 aminozuren, bouwstenen van eiwitten ofwel proteinen, in een zogenaamde oersoep, bij bepaalde temperatuur en met electrische ontlading, zich spontaan kunnen vormen uit eenvoudige moleculen als waterdamp, ammoniak, methaan en waterstof. Het ontstaan van nucleotiden daarentegen, de bouwstenen van DNA en RNA, heeft nooit op analoge wijze aangetoond kunnen worden, ook al is er een recent onderzoek dat laat zien hoe deze moleculen zich wel spontaan kunnen vormen onder specifieke omstandigheden (zie ook voorgaand blog: De spontane vorming van nucleotiden)

Al het leven wat we kennen is gebaseerd op de replicatie van DNA, de transcriptie van RNA en de translatie van RNA in eiwitten met behulp van enzymen (catalyserende eiwitten of proteinen). Eiwitten, ofwel diezelfde enzymen, komen voort uit de translatie van RNA. Om die reden blijft de vraag bestaan wat er nu eerder was; de eiwitten of RNA/DNA. Sinds vele jaren is de hypothese van een ‘RNA-wereld’ populair, omdat het RNA zowel de genetische code kan bewaren, voor eiwitten kan coderen, als reacties kan catalyseren (zie ook voorgaand blog Het ribosoom: van een RNA- naar een eiwitwereld).

Veel onderzoeken die trachten te achterhalen welke van deze moleculen er eerst waren, werken met vereenvoudigde dna-moleculen. in een onderzoek, dat 12 juni in science gepubliceerd is, laten onderzoekers zien dat de ruggegraat van DNA, die normaal opgebouwd is uit fosfaten en suikers (zie afbeelding), met een dimeer van aminozuren vervangen kan worden. Dit hybride, opgebouwd uit een base en twee aminozuren, kan een soort van streng vormen die zich bindt met echt DNA en daar ook de complementaire code van weerspiegelt. Er zijn vier verschillende basen in het DNA, die door hun volgorde de genetische code bepalen. Deze basen die als met ‘klitteband’ bevestigd zijn aan een cysteine-residu (dat een aminozuur is), kunnen makkelijk veranderd worden terwijl ze een complementaire streng aan het vormen zijn met echt DNA. Deze streng kan ook de complementaire code bepalen van een nieuw hybride-streng, hetgeen aantoont dat deze moleculen zelfreplicerend zijn.

20 Reacties op “DNA-eiwit hybride repliceert in vitro

  1. Antoinette Duijsters juni 15, 2009 om 15:22

    Heel interessant en de tekening maakt het extra duidelijk.

  2. Ate juni 15, 2009 om 17:50

    Mooi helder beschreven, complimenten.

  3. pierra juni 15, 2009 om 18:01

    @Antoinette, gelukkig helpt de tekening, al zijn er geen aminozuren te zien. Dat plaatje, van aminozuren gekoppeld aan basen, bestaat waarschijnlijk (nog) niet eens. Bedankt voor je reactie.
    @Ate, dank je. Fijn dat het helder is, want het is stoeien met termen.
    Groetjes,

  4. Martin Broek juni 15, 2009 om 20:24

    Veel helderder kan het volgens mij niet. Toch begin ik figuurlijk te vallen naast de tekening. Als je de conclusie van dat laatste stuk eronder zou zetten zou ik me minder dom voelen. Betekent dit nu dat de hypothese dat het RNA er eerder was aan kracht wint?

  5. coby juni 15, 2009 om 22:36

    Ik heb eigenlijk dezelfde vraag als Martin. Of is dat antwoord nog niet voorhanden, maar is het meer een aanname op basis van die onderzoeken die je in het laatste stukje beschrijft?
    Toch, dat ik deze vraag überhaupt kan stellen en in me op kan komen, is uitsluitend en vooral ook te danken aan het feit dat ik toch in staat ben je bijdrage enigszins te kunnen volgen.
    En dat is een compliment voor en aan jou!
    Hartelijke groet, Coby

  6. pierra juni 15, 2009 om 23:08

    @Martin en Coby, in dit onderzoek zitten de vier losse basen (Adenine, Guanine, Cytosine en Thymine) aan een ruggegraat van opeenvolgende dipeptiden bevestigd (twee aminozuren) i.p.v. de fosfaat-suiker-ruggegraat uit de tekening (daar zie je nl. het standaard DNA). Het DNA is normaal dubbelstrengs, waarbij elke streng complementair is aan de andere (A combineert met T en G combineert met C; zie tekening). De ‘hybriden’ uit dit onderzoek kunnen een complementaire streng vormen met een enkelstrengs DNA of kunnen de complementaire code bepalen van een andere DNA-basen-reeks met een dipeptiden-ruggegraat. Dit onderzoek wijst daarmee uit dat zowel DNA/RNA als eiwitten een belangrijke rol gehad kunnen hebben bij de vorming van de eerste macromoleculen. De ‘RNA-wereld’-hypothese gaat er daarentegen vanuit dat er eerst alleen RNA’s waren en daarna pas eiwitten. Het is dus een soort compromis tussen de stelling dat de eerste macromuleculen eiwitten waren of juist alleen RNA’s waren.
    Leuk dat jullie het toch enigszins kunnen volgen. Het is vooral een persoonlijke interesse voor de discussie rond abiogenese, maar het is natuurlijk wel leuk als ook anderen er nieuwsgierig door worden.
    Bedankt voor jullie reacties!
    Groetjes,

  7. iris kijkt juni 16, 2009 om 00:31

    Altijd interessant om te lezen , hoewel ik blijf zitten met de vraag hoe uit niets iets heeft kunnen ontstaan.Ten eerste kun je zeggen dat onze notie van niets dan niet klopt, dat is waar, maar dan val je ergens in een soort rare mentale diepte als je beseft dat in dat niets er wat van die elementaire stoffen waren of ontstonden. It drives you crazy.

  8. meneer_opinie juni 16, 2009 om 08:05

    En dan is er natuurlijk nog de megelijkheid dat er meerdere zichzelf-replicerende moleculen bestonden die allemaal probeerden zichzelf zoveel mogelijk te repliceren. Dus zowel RNA als deze eiwit-achtige structuren en wie weet wat nog meer.
    Ik vind het wel eens jammer dat de wetenschappers soms wel heel erg focussen op het een of het ander. Alsof er niet meerdere zichzelf-replicerende moleculen rondgezworven kunnen hebben in de oersoep, alsof maar een medicijn of behandeling het beste is. Ik ben (geloof ik) tamelijk nuchter en sceptisch en dit is zeker geen pleidooi voor een zweverige holistische benadering van onkenbare metafysische real realities of hoe dat allemaal ook heten mag, maar soms mogen wetenschappers van mij best eens toegeven dat er meerdere realistische scenarios mogelijk zijn die mogelijk tegelijkertijd plaatsvinden.

  9. Vroems juni 16, 2009 om 10:02

    Pierra.
    Als je vereenvoudigde DNA moleculen noemt dan bedoel je de structuur neem ik aan .
    Maar hoe groot moet ik me DNA moleculen voorstellen? Zijn dat honderden of duizenden atomen of kan het een eindeloze streng zijn?
    Iris.
    Het woord “bestaan” houdt in dat er ook iets moet zijn.
    De zin “Er bestaat niets” is taalkundig volkomen onzinnig.
    Als er niets is kun je ook niet spreken over bestaan.
    Bestaan moet per definitie uitgevoerd worden door “iets”.
    Wat dus inhoudt dat er altijd iets bestaan heeft.
    Zonder iets is bestaan onmogelijk.
    Zo een beetje duidelijk?

  10. Jeroen de Baaij juni 16, 2009 om 11:17

    Erg interessant blog Pierra, het blijft natuurlijk erg moeilijk om nu te achterhalen hoe het precies gegaan is. Maar het is een interessante theorie. Ik heb nog een aanvullend vraagje, je schrijft dat het heel makkelijk is om basen te veranderen en dat het molecuul zelf replicerend is. Hoe zit het dan met de stabiliteit van de genetische code?
    Of wordt dat probleem verholpen door de evolutie? (alleen de meest stabiele moleculen met de minste veranderingen in de genetische code overleven)

  11. paco painter juni 16, 2009 om 12:05

    Zeer informatief weer

  12. pierra juni 16, 2009 om 12:25

    @ Iris, de uitleg van Vroems is een staaltje taalkunde, waar ik niet over mee kan praten. Het is wel zo dat er nooit niets bestaan heeft (behalve misschien als je het over de oorsprong van het heelal hebt?). Maar de jonge Aarde bevatte veel eenvoudige moleculen, die, zoals Urey en Miller aantoonden, onder prebiotische omstandigheden aminozuren konden vormen. Het bestaan van deze eenvoudige moleculen als methaan, ammoniak en waterstof is eigenlijk een feit, net zoals de hoge temperaturen in vulkanen en electrische ontladingen, ook al waren we er niet bij om dit vast te stellen. Dus er bestond al heel wat voordat de eerste macromoluculen zich vormden.
    @Meneer Opinie, zoals je hier en daar kunt lezen, wordt de mogelijkheid van verschillende macromoluculen wel opengehouden. Er is aangetoond dat aminozuren spontaan kunnen vormen, dus is het ook heel waarschijnlijk dat er korte peptiden in de oersoep waren. De RNA-world hypothese veronderstelt dat er eerst RNA was, maar de nucleotiden voor dit RNA vormen zich blijkbaar minder makkelijk dan de aminozuren. In dit onderzoek wordt aangetoond dat eenvoudige uniteiten (base-dipeptide) macromoleculen kunnen vormen. Dit materiaal is erg onstabiel: de base kan makkelijk veranderd worden. Het is wel mogelijk om te hypotiseren dat dit soort base-dipeptiden korte complementaire dubbelstrengen vormden, die zelfreplicerend waren. Later heeft de eiwitruggegraat misschien plaats moeten maken voor het ingewikkelder maar stabielere DNA.
    Volgens mij blijft het allemaal heel hypothetisch. Er is dan ook niemand die claimt te weten wat er echt gebeurd is.
    @Vroems, met vereenvoudigde DNA-moleculen wordt in het artikel bedoeld dat ook in die onderzoeken de ruggegraat simpeler is dan in het echte hedendaagse DNA. Wetenschappers probeerden DNA te laten repliceren waarvan bijvoorbeeld de ribose (suiker) eenvoudiger was, om aan te tonen dat met eenvoudigere suikers (die mogelijk makkelijker spontaan konden vormen) het DNA ook kon repliceren. Dat lukte allemaal niet zo goed, dus hebben ze de hele ruggegraat maar veranderd en er twee aminozuren voor in de plaats gezet. Het molecuul is minder stabiel maar kan zichzelf wel repliceren, en daar ging het om.
    Het heeft dus niet met lengte van DNA te maken, al is dit hybride DNA véél korter dan het normale DNA. Het DNA kan bestaan uit miljarden nucleotiden (base+suiker+fosfaat).
    @Jeroen, dat is precies het probleem van dit onderzoek. De DNA-eiwit-hybriden zijn uiterst onstabiel en zijn, als ze ooit echt bestaan hebben, waarschijnlijk al gauw vervangen door het hedendaagse DNA met een ribose-fosfaat ruggengraat. Vervangen in de zin dat de stabielere moleculen (het huidige DNA) ‘overleven’ en meer kopien van zichzelf maken (wellicht met behulp van steeds complexere enzymen).
    Het blijft natuurlijk de vraag hoe de basen ontstaan zijn.
    Bedankt voor jullie reacties.
    Groeten,

  13. pierra juni 16, 2009 om 12:36

    @Paco, leuk dat je het volgt. Ben trouwens ook jouw verhaal aan het volgen. Mijn reacties waren de volgende dag weg (????).
    Groet,

  14. Smokey Robbinson juni 16, 2009 om 13:09

    Als iets zich spontaan kan vormen dan is dat het (voorlopige) bewijs dat er meer is wat we niet kunnen zien, maar dat er toch moet zijn. De grens tussen het wetenscahpelijk aantoonbare en het grote terrein van het onbekende. In de evolutie hebben in de gehele natuur allerlei mutaties plaatsgevonden in een zeer complexe context. Zou men een deeltje daaruit halen en bewijzen, zou dat nog passen in die context….wat dat betreft kan ik een eind met Meneer Opinie meegaan.
    Wetenschap bestaat eenvoudig gezegd, naast dat (wellicht enorme) deel wat mensen c.q. wetenscahppers, nog niet weten. Het blijft grotendeels een raadsel.
    Je hebt met je blog een hier deur opengezet naar deze wereld Pierra.
    Groet!

  15. pierra juni 16, 2009 om 13:26

    @Smokey, ze zitten met dit soort onderzoeken inderdaad op de grens. Zelfs al zou je kunnen aantonen in het lab dat het onstaan van prebiotische moleculen via RNA of juist alleen via eiwitten in een van de twee gevallen makkelijker gaat, dan nog kun je nooit met zekerheid zeggen wat er werkelijk gebeurd is. Het blijft idd een raadsel.
    De abiogenese maakt officieel geen deel uit van de evolutietheorie, hoewel ik er zelf van overtuigd ben dat dezelfde principes, als stabiliteit, overleven, ‘erfelijkheid’, concurrentie en mutatie enz. toepasbaar zijn op de vorming van de eerste macromoleculen.
    Groeten,

  16. Gus juni 17, 2009 om 02:32

    zelfreplicerend.
    Dan is daar toch een soort van intelligentie. Handjive?
    Waarom maakt de abiogenese geen deel uit van de evolutietheorie.
    Ridicuul. Tot de kern komend, moet je alles onderzoeken, vind ik.
    Zoals je zegt, overleven, concurrentie.
    Gewoon simpel gezegd. Man/Woman en ze trekken elkaar aan.
    Maar misschien ben ik nu te kort door de bocht.

  17. pierra juni 17, 2009 om 11:39

    @Gus, de verschilende basen koppelen alleen met specifieke andere basen. A combineert met T en G combineert met C. Dat heeft te maken met hun chemische en ruimtelijke eigenschappen. Dus wederom geen intelligentie.
    De evolutietheorie gaat uit van een gemeenschappelijke afstamming van eencelligen. In abiogenese is er geen sprake van cellen, maar alleen van chemie.
    Leuk dat je langskwam.
    Ciao

  18. Gus juni 17, 2009 om 12:19

    Ja, maar potvolkoffiedorie, een chemische reactie houdt toch in dat er aantrekkingskracht is?
    Zoals een magneet – +.
    Aantrekken afstoten.
    Maar ja, dat is eigenlijk ook toevalskwestie natuurlijk.
    Het schijnt trouwens, dat miljoenen jaren geleden, de Noordpool in a flash of a second zich op de Evenaar bevond.
    Alles dus omgedraaid, de Zuidpool bevond zich aan de andere kant.
    Dat was voor de Neanderthaler even wennen natuurlijk.
    Van in de zwembroek rondlopen naar een wat dikker vachtje.
    Wij hebben nu ook onze Neanderthaler, het minderwaardigheidscomplex/groepsgevoel van de Nederlander wordt wat afgenomen, ze noemen hem Krijn
    Gevonden in zee, maar hij at alleen maar vlees schijnbaar.
    Wat moet je nou in zee, als je vlees eet.
    Heb je toch niks te zoeken?
    Krijn?
    Je zal maar zo heten.
    En dan ook nog geen lekkere haring eten.
    Het blijft tobben.

  19. pierra juni 17, 2009 om 12:33

    @Gus, dat klopt, – en +, maar toch geen intelligentie.
    Ik las dat er op de Noordpool ooit tropische temperaturen waren, omdat de Aarde opgewarmd was. Maar of die daardoor op de evenaar zat?
    Dat nieuws over die Neanderthaler heb ik gemist. Ik moet maar eens gaan bijlezen. Zo kan ik zoeken met de naam Krijn, bedankt voor deze tip.
    Eigenlijk eten Nederlanders weinig vis, voor een volk dat aan zee woont. Je moest hier het aanbod van vis eens zien, vaak wel zo’n 25 soorten. En er wordt veel van verkocht. Eet jij weleens vis? (Vaak zijn je recepten met vlees.)
    Ciao,

  20. Gus juni 19, 2009 om 23:48

    Ja maar natuurlijk eet ik vis.
    Hm, de volgende keer speciaal voor jou een visrecept.

Praat mee en laat hier uw reactie achter

Vul je gegevens in of klik op een icoon om in te loggen.

WordPress.com logo

Je reageert onder je WordPress.com account. Log uit / Bijwerken )

Twitter-afbeelding

Je reageert onder je Twitter account. Log uit / Bijwerken )

Facebook foto

Je reageert onder je Facebook account. Log uit / Bijwerken )

Google+ photo

Je reageert onder je Google+ account. Log uit / Bijwerken )

Verbinden met %s

Zwervende gedachten

Een filosoof over argumentatie, biologie, handelingstheorie en wat hem verder invalt

Jonas Bruyneel

Literatuur/Journalistiek/Muziek

mjusicamanti.wordpress.com/

per amanti della vera musica

SangueVivo

Ancora solo un battito in più

Microplastics

INTERREG MICRO PROJECT

Scientia Salon

Philosophy, Science, and all interesting things in between

Infinite forme bellissime e meravigliose

si sono evolute e continuano a evolversi

Vita da simbionte

perché collaborare è talvolta meglio che combattere

Meneer Opinie

Altijd een mening, maar niet altijd gehinderd door kennis van zaken

The Cambrian Mammal

An evo-devo geek's scientific meanderings

Evolutie blog

bij dezen en genen

The Finch and Pea

The Public House for Science...

voelsprieten

* wonder van het alledaagse *

the aphid room

All about aphids... not simply bugs|

kuifjesimon

Just another WordPress.com site

The Amazing Comics Men

Comics by Dutch cartoonists Jan the Stripman & Wim the Mysterious Helpman

Barbara Jansma

Prenten, spotprenten en schilderijen

%d bloggers op de volgende wijze: