Co-Evolution von RNA und Peptiden am Ursprung des Lebens?

• Antragsteller: Professor Dr. Dieter Braun
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie ; Biochemie ; Biophysik ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 560316245

Der Ursprung des Lebens auf der Erde ist eines der größten Rätsel der Menschheit. Erst seit Kurzem stehen Methoden zur Verfügung, mit denen die frühe Entwicklung der ersten Moleküle untersucht werden kann. Aufgrund dieser Experimente glauben wir, dass die frühe Evolution ein schneller Prozess war, der durch Laborexperimente mit experimentellen Zeiträumen von Tagen und Wochen und nicht von Millionen von Jahren nachvollzogen und erklärt werden kann. Eines der zentralen Rätsel des Lebens ist die Wahl der Moleküle. Warum hat die Natur Nukleotide und Aminosäuren ausgewählt, um den Kern der Biologie zu entwickeln und eine Koevolution von RNA und Peptiden, den beiden Polymeren des Lebens, zu schaffen? Vorläufige Experimente deuten auf einen gemeinsamen Satz von Ringöffnungs-Polymerisationsmechanismen hin, die sowohl von Nukleobasen als auch von Aminosäuren unter alkalischem pH-Wert im trockenen Zustand katalysiert werden. Daher erwarten wir, dass Peptide 2',3'-cyclischen Nukleotiden bei der Bildung von RNA helfen und RNA Aminosäuren bei der Bildung von Peptiden. Aufgrund der begrenzten energetischen Aktivierungsenergien sind Nichtgleichgewichtsbedingungen eine entscheidende treibende Kraft. Dazu gehören Nass-Trocken-Zyklen und wärmeinduzierte Akkumulation und pH-Zyklen. Diese Bedingungen sind durch vulkanische Umgebungen motiviert. Dies sind wahrscheinlich die einzigen trockenen Orte auf der frühen Erde und es ist bekannt, dass es in porösen Gesteinsumgebungen alkalische Süßwasserreservoirs gibt. Wir haben ein internationales Team mit Fachkenntnissen in RNA- und Peptidchemie und Nichtgleichgewichtsexperimenten zusammengestellt. Wir erwarten, gemeinsame Bedingungen für beide katalytischen Effekte bei alkalischem pH-Wert zu finden, und eine gegenseitige, noch nicht diskutierte koevolutionäre Dynamik zwischen RNA und Peptiden unter wiederholten Nass-Trocken-Zyklen aufzudecken. Wenn dies positiv ausfällt, erwarten wir eine Zunahme der Länge sowohl von Peptiden als auch von RNA sowie die Bildung neuartiger Peptid-RNA-Hybride, die die Reinigung beider Polymere in Bezug auf die Homochiralität sowohl von Peptiden als auch von RNA vorantreiben und eine reine replikative 3',5'-RNA-Rückgratverknüpfung schaffen werden. Das Verständnis des Ursprungs des Lebens hat tiefgreifende Auswirkungen und wird die ersten Kapitel aller Biologie-Lehrbücher neu schreiben. Es wird sich auch auf verwandte Bereiche wie die In-vitro-Evolution, die evolutionäre Chemie und die synthetische Biologie auswirken, indem es evolutionäre Systeme unter Verwendung der Kernmoleküle des Lebens schafft.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Israel
• Partnerorganisation: The Israel Science Foundation
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Moran Frenkel-Pinter