עולם ה-RNA

דמיינו לעצמכם עולם קדמון שבו החיים רק מתחילים להיווצר. אין בו חלבונים ולא קיים DNA. חומר התורשה שמשמש בעולם הזה הוא RNA, שהוא, בדומה ל-DNA, חומצת גרעין. חוקרים רבים מאמינים כי החיים התחילו בתוך "עולם RNA" מכיוון ש-RNA גם הוא חומצת גרעין המעבירה מידע גנטי בתא, יכול היה לשמש בעבר כחומר תורשתי, לפני שנוצר ה-DNA. אך אין די בחומר תורשתי בלבד. כל ישות ביולוגית צריכה להיות מסוגלת להכפיל את עצמה כדי להתרבות, ולכן יש צורך גם במולקולות פעילות שיאפשרו את הכפלת המידע הגנטי. מולקולות פעילות כאלו הם חלבונים הנקראים אנזימים. בתאי הגוף מצויים אלפי אנזימים שונים בעלי תפקידים רבים ומגוונים, עשרות רבות מביניהם מעורבים בהכפלת החומר התורשתי. אבל, החלבונים נוצרים על פי התבנית שמוכתבת בחומר התורשתי - ה-DNA או ה-RNA, שלשם שכפולו דרושים חלבונים, וכך אנו ניצבים בפני השאלה מי קדם למי - הביצה או התרנגולת?

תפנית בפתרון שאלת "הביצה והתרנגולת" הייתה בראשית שנות השמונים כאשר חוקרים הראו כי ישנן מולקולות RNA שיכולות לתפקד כאנזימים. מולקולה כזאת נקראה, לכן, ריבוזים (ribozyme) - מין הכלאה בין ריבו-נוקליאוטיד (RNA) לבין אנזים. ואכן, מאז זוהו ריבוזימים רבים בעלי תפקידים שונים, כולם פועלים על מולקולות RNA, למשל, חותכים מולקולת RNA או מדביקים שתי מולקולות כאלו זו לזו.

ניתן, אם כן, לתאר כיצד חומצת גרעין קדמונית הכפילה את המידע הגנטי בעזרת הריבוזימים. אך כיצד התרחש המעבר לעולם החלבונים? אין ספק כי חלבונים, המורכבים מכעשרים חומצות אמינו, יוצרים אנזימים מורכבים ומשוכללים בהרבה מריבוזימים שמורכבים מארבעה נוקליאוטידים בלבד. ברור לכן כי קיים יתרון אבולוציוני לשימוש בחלבונים - או כיצד נוצר המעבר מRNA לחלבון? בצמד מאמרים שהתפרסמו לאחרונה בכתב העת Science (11.8.00) מתארים חוקרים את המבנה המדוקדק של הריבוזום - המבנה התאי שבו מתרחשת הרכבת החלבונים, ובפיהם הפתעה: הריבוזום הוא ריבוזים.

תוכנית הייצור של החלבונים אצורה ב-DNA המצוי בגרעין התא, ומולקולות של RNA-שליח (mRNA) מעתיקות את התוכנית ומביאות אותה לריבוזום שבו נעשית מלאכת ההרכבה של החלבונים מאבני הבניין שלהם - חומצות האמינו. הריבוזום הוא מבנה ענק המורכב משלוש מולקולות RNA גדולות הקרויות "RNA-ריבוזומי" (rRNA) ומכחמישים חלבונים שונים ששקועים בחלקים שונים של הריבוזום. החלבונים, כמו גם מולקולות ה-RNA המרכיבים את הריבוזום, נשמרו במהלך האבולוציה בצורה מופלאה. במשך שנים רבות מבנה הריבוזום נתון למחקר אינטנסיבי על מנת להבין כיצד פועל פס ייצור החלבונים. עתה, קבוצה בראשותו של תומס סטייטס (Steitz) מאוניברסיטת ייל שבארה"ב הצליחה לפענח את המבנה האטומי של תת היחידה הגדולה של הריבוזום בעזרת טכניקה הקרויה "שבירה של קרני-X". נזכיר כי בשנים האחרונות עדה יונת ממכון ויצמן ועמיתיה תרמו תרומות מכריעות לפענוח מבנה הריבוזום.

המבנה המפוענח של הריבוזום שופך אור על אופן פעילותו. עד לא מזמן, חוקרים רבים היו סבורים כי ה-RNA המרכיב את הריבוזום מהווה מעין שלד שבו שקועים החלבונים שיוצרים את האתר הפעיל, שבו חל החיבור בין חומצת אמינו אחת לשנייה בתהליך יצירת החלבון. המחקר הנוכחי הופך את הקערה על פיה ומראה כי הריבוזום הוא בעצם ריבוזים, כלומר האתר הפעיל מורכב דווקא ממולקולות ה-RNA ולא מהחלבונים שנמצא כי הם ממוקמים בשוליים. במחקר נוסף, שהתפרסם בכתב העת Nature (21.9.00), קבוצה בראשותו של החוקר רמהקרישנן (Ramakrishnan) ממכון המחקר MRC שבקיימברידג', אנגליה, פענחה את המבנה האטומי של תת היחידה הקטנה של הריבוזום, בה מתבצעת "קריאת" המידע האצור ב-RNA השליח, שהוא להזכירכם, תבנית המידע האצורה ב-DNA. גם בתת יחידה זו, עיקר הפעילות מתבצעת על ידי מולקולות ה-RNA הריבוזומי ולא על ידי החלבונים שבו.

מתוך המחקרים האלה מתברר כי מולקולות ה-RNA מתפקדות גם היום בהעברת המידע מה-DNA והן גם האחראיות להרכבת החלבונים בריבוזומים. הממצאים האלה מחזקים את התיאוריה כי פעם, בתחילת היווצרות החיים על פני כדור הארץ, התקיים עולם שבו התקיימו ותפקדו מולקולות RNA בלבד, עולם שנקרא "עולם ה-RNA". מכיוון שנמצאה ההוכחה כי מולקולת RNA יכולה, בסופו של דבר, גם לייצר חלבון, אפשר לתאר כיצד ישות ביולוגית קדמונית רכשה לעצמה במהלך האבולוציה, יכולת לייצר חלבונים באמצעות מולקולות RNA ובכך לקפוץ מדרגה אבולוציונית לעולם החלבונים כפי שאנו מכירים היום.