Science發表諾獎得主新成果

　　原細胞(protocell)，是指核酸鏈包裹在膜結構中形成的簡單系統。日前，美國麻省總醫院MGH的研究團隊解決了人造原細胞的一個關鍵性問題，即RNA復制的化學要求與膜穩定性之間的矛盾，這一重大突破發表在本期的Science雜志上。

　　“我們首次在脂肪酸囊泡中，實現了不涉及酶的RNA復制，”領導這項研究的MGH教授Jack Szostak說，他曾因發現端粒酶分享了2009年的諾貝爾生理學和醫學獎。“在細胞起源研究領域長期存在著一個問題：RNA復制需要鎂離子的存在，而高水平的鎂離子會破壞簡單的脂肪酸膜(最初的細胞很可能由這種膜形成)。現在我們終于找到了解決這個矛盾的辦法。”

　　多年來，Szostak的研究團隊致力于細胞起源的研究，試圖理解化合物所組成的原始湯(primordial soup)，如何發展成為能復制遺傳物質并繁殖的有機體。研究者們利用遠古地球環境中可能存在的元素，來構建原細胞模型。他們發現脂肪酸能夠在水中自動形成小囊泡，作為容納遺傳學物質(RNA 或DNA)的膜結構。

　　現代細胞需要復雜的酶來復制核酸，但早期地球上還沒有出現這樣的酶。為此，Szostak和文章第一作者Katarzyna Adamala博士希望能夠在無酶條件下，在脂肪酸囊泡中促使RNA進行自我復制。

　　RNA的組裝需要鎂離子，而鎂離子能夠降解脂肪酸膜，為了解決這一矛盾，研究人員采用了螯合劑，螯合劑是能夠與金屬離子緊密結合的小分子。他們測試了多種螯合劑保護脂肪酸囊泡的能力，發現檸檬酸鹽非常有效。

　　隨后，研究者們將短RNA引物與長RNA模板結合起來，放入脂肪酸囊泡，以測試螯合劑是否允許鎂離子催化RNA復制。該RNA模板沒有與引物結合的單鏈部分，存在一個胞嘧啶序列。研究人員向這一系統加入鎂離子、螯合劑和活化的鳥嘌呤G(G可以與C配對)。

　　研究顯示，G能夠擴散進入囊泡的膜，與模板上的C結合，延伸雙鏈RNA分子。在幾種螯合劑中，檸檬酸鹽使這一過程進行得最快。研究人員指出，檸檬酸鹽只覆蓋了鎂離子的一面，可以在保護膜結構的同時，允許RNA復制的進行。他們還發現，持續更新活化的鳥嘌呤溶液能夠增強RNA復制的效率。

　　不過，盡管檸檬酸鹽適用于在實驗室條件構建人造細胞，但早期地球上的檸檬酸鹽可能無法達到足夠的量。研究人員推測，應該存在某種簡單的多肽，能與檸檬酸鹽起到同樣的作用，現在他們正在尋找這樣的多肽。