นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาโปรตีนเทียมที่สามารถให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่เกี่ยวกับวิวัฒนาการทางเคมีบนโลกยุคแรก
20 กรกฎาคม 2022 มหาวิทยาลัยแห่งรัฐโอไฮโอ
ทุกเซลล์ต้องการพลังงานเพื่อความอยู่รอด แต่เนื่องจากชนิดของสารเคมีที่มีอยู่ในช่วงแรกๆ ของโลกนั้นมีอยู่อย่างจำกัดเมื่อเทียบกับขอบเขตความหลากหลายทางเคมีที่กว้างใหญ่ในปัจจุบัน สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์จึงมีพลังงานน้อยกว่ามากในการสร้างโครงสร้างอินทรีย์ที่ซับซ้อนซึ่งประกอบเป็นโลกเรา รู้วันนี้.
งานวิจัยใหม่ที่ตีพิมพ์ในวารสาร Proceedings of the National Academy of Sciencesให้หลักฐานว่าสิ่งมีชีวิตจำนวนมากที่เกิดจากซุปดึกดำบรรพ์ของโลกอาศัยโมเลกุลโลหะ โดยเฉพาะนิกเกิล เพื่อช่วยกักเก็บและใช้พลังงาน
ทฤษฎีปัจจุบันเกี่ยวกับการเกิดชีวิตของจุลินทรีย์แนะนำว่าในขณะที่เซลล์ใช้คาร์บอนไดออกไซด์และไฮโดรเจนเป็นแหล่งเชื้อเพลิง พวกมันยังอาศัยอยู่ในพื้นที่ที่อุดมไปด้วยโลหะลดลง เช่น เหล็กและนิกเกิล ปฏิกิริยาเคมีครั้งแรกเหล่านี้ส่วนใหญ่ขับเคลื่อนด้วยเอนไซม์ที่เรียกว่าอะเซทิลโคเอ็นไซม์เอซินเทสเอหรือ ACS ซึ่งเป็นโมเลกุลที่จำเป็นสำหรับการผลิตพลังงานและสร้างพันธะเคมีใหม่
แต่เป็นเวลาหลายปี ที่นักวิทยาศาสตร์ในสาขานี้ถูกแบ่งแยกเกี่ยวกับวิธีการทำงานของเอ็นไซม์นี้ ไม่ว่าปฏิกิริยาเคมีที่กระตุ้นนั้นจะถูกรวบรวมแบบสุ่มหรือหากโครงสร้างทางเคมีของมันเป็นไปตามแผนงานที่เข้มงวด Hannah Shafaatผู้ร่วมวิจัยและศาสตราจารย์ด้าน เคมีและชีวเคมีที่มหาวิทยาลัยแห่งรัฐโอไฮโอกล่าวว่าแบบจำลองเอนไซม์ประดิษฐ์ของทีมของเธอเผยให้เห็นมากมายเกี่ยวกับวิธีที่บรรพบุรุษพื้นเมืองของมันอาจมีการแสดงในช่วงสองสามพันล้านปีแรกของโลก
เมื่อเทียบกับสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์พบในธรรมชาติ โปรตีนแบบจำลองนี้ศึกษาและจัดการได้ง่ายกว่ามาก ด้วยเหตุนี้ ทีมงานจึงสามารถสรุปได้ว่าในความเป็นจริงแล้ว ACS ต้องสร้างโมเลกุลทีละขั้น ข้อมูลดังกล่าวมีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจว่าเคมีอินทรีย์บนโลกเริ่มเติบโตอย่างไร
“แทนที่จะเอาเอ็นไซม์มาทำลาย เรากำลังพยายามสร้างมันจากล่างขึ้นบน” ชาฟาตกล่าว “และการรู้ว่าคุณต้องทำสิ่งต่าง ๆ ในลำดับที่ถูกต้อง โดยพื้นฐานแล้วสามารถเป็นแนวทางในการสร้างมันขึ้นมาใหม่ในห้องแล็บ”
ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์หวังว่าจะเข้าใจสิ่งที่อาจเกิดขึ้นก่อนจากซุปดึกดำบรรพ์ Shafaat กล่าวว่าการศึกษานี้แสดงให้เห็นว่าแม้แต่เอนไซม์ธรรมดา ๆ เช่นแบบจำลองของพวกมันก็สามารถช่วยชีวิตในวัยเด็กได้ Shafaat ซึ่งทำงานในโครงการนี้มาเกือบห้าปีแล้ว กล่าวว่าแม้ว่าการศึกษาจะพบกับความท้าทายบางอย่าง แต่บทเรียนที่ทีมได้เรียนรู้ก็คุ้มค่าในระยะยาว
นอกเหนือจากการมีความสำคัญสำหรับการทำความเข้าใจเกี่ยวกับเคมียุคแรกเริ่มแล้ว การค้นพบของพวกเขายังมีนัยยะกว้างสำหรับสาขาอื่นๆ รวมถึงภาคพลังงานด้วย Shafaat กล่าว “ถ้าเราสามารถเข้าใจว่าธรรมชาติคิดหาวิธีใช้สารประกอบเหล่านี้เมื่อหลายพันล้านปีก่อนได้อย่างไร เราก็สามารถใช้แนวคิดเดียวกันนี้สำหรับอุปกรณ์พลังงานทดแทนของเราเองได้” เธอกล่าว
ในขณะนี้ หนึ่งในความท้าทายที่ใหญ่ที่สุดที่ภาคพลังงานต้องเผชิญคือการผลิต เชื้อเพลิงเหลว อย่างไรก็ตาม การศึกษาครั้งนี้อาจเป็นก้าวแรกในการค้นหาแหล่งพลังงานธรรมชาติที่สามารถทดแทนน้ำมันเบนซินและน้ำมันที่มนุษย์ใช้มากเกินไปได้ Shafaat กล่าว ตอนนี้ ทีมงานของเธอกำลังทำงานเพื่อปรับปรุงผลิตภัณฑ์ของตนให้ดีขึ้น แต่จะทำการสอบสวนต่อไปว่ามีความลับในยุคดึกดำบรรพ์อื่นๆ ที่เอนไซม์ของพวกเขาอาจเปิดเผยหรือไม่
ผู้เขียนร่วมคือ Anastasia C. Manesis และ Alina Yerbulekova จาก Ohio State และ Jason Shearer จาก Trinity University งานนี้ได้รับการสนับสนุนจากกระทรวงพลังงานสหรัฐ
