РНК: молекулярный мост через миллионы лет эволюции

РНК, известная как основное средство передачи информации внутри клетки, сегодня рассматривается учеными как ключевой элемент молекулярной коммуникации между различными организмами. Это открытие бросает новый свет на эволюционные механизмы взаимодействия клеток, показывая, что обмен РНК может происходить даже между видами, разделенными миллионами лет эволюции.

Главное отличие РНК от ДНК заключается в её нестабильности. В отличие от двойной спирали ДНК, которая может сохраняться миллионы лет, РНК очень уязвима и может разлагаться за считанные минуты, если не будет защищена. Вне клетки её ждет еще более агрессивная среда: ферменты, разрушающие РНК, находятся повсюду, так как они играют роль в защите организмов от вирусов, чья генетическая информация закодирована именно в молекулах РНК. Тем не менее, существует способ, который позволяет молекулам РНК выживать вне клетки — они могут быть заключены в защитные пузырьки, называемые внеклеточными везикулами (EVs).

Ранее везикулы считались клеточными «мусорными баками», в которых клетка избавлялась от продуктов распада. Однако исследование, проведенное в начале 2000-х годов учёным Хади Валадади из Университета Гётеборга, показало, что некоторые РНК внутри этих везикул были не разрушенными отходами , а вполне функционирующими и неповрежденными молекулами. Эксперименты доказали, что, когда человеческие клетки взаимодействовали с везикулами от клеток мышей, они получали и расшифровывали молекулярные послания, синтезируя белки, которые они изначально не могли бы производить. Этот процесс показал, что клетки не просто удаляют ненужные молекулы, но также используют РНК для передачи информации другим клеткам, тем самым предупреждая их, например, о возможной угрозе в виде патогенов или токсичных веществ.

С тех пор это открытие подтвердилось рядом других экспериментов. Развитие технологий секвенирования позволило ученым обнаружить, что многие РНК, заключённые в везикулы, могут содержать детализированную информацию о клетке, которая их выпустила, и вызывать специфические реакции у клеток, принимающих их. Это привело к предположению, что РНК может служить универсальным молекулярным языком, который понимается на всех уровнях жизни, независимо от видовой принадлежности.

В 2024 году новые исследования добавили дополнительные слои к этой гипотезе. Было доказано, что не только бактерии и эукариоты обмениваются РНК через везикулы, но и археи — древние одноклеточные организмы, которые имеют свою отдельную ветвь эволюционного древа жизни. Это открытие подтвердило универсальность процесса передачи РНК в везикулах для всех доменов жизни. Более того, была обнаружена ещё одна форма межвидовой коммуникации: например, растения и грибы, поражающие их, могут обмениваться РНК как оружием в ходе эволюционной борьбы. Патогенные грибы посылают растениям РНК, которая нарушает их защитные механизмы, в то время как растения могут отвечать своими РНК, которые снижают способности грибов к инфицированию.

Исследование вирусных инфекций у архей, проведённое микробиологом Сюзанной Эрдманн, дало новые данные о роли РНК в коммуникации. Её работа с Haloferax volcanii, организмом, живущим в экстремально соленых условиях, таких как Мёртвое море, показала, что археи активно производят везикулы, содержащие РНК. Интересно, что эти РНК были представлены некодирующими последовательностями, у которых не было известных функций. Однако их обилие в везикулах предполагало, что они выполняют определенную роль в клеточной коммуникации. Эрдманн отметила, что процесс формирования этих везикул требует значительных энергетических затрат, что подтверждает наличие важной функции у этих молекул.

Важной характеристикой РНК как молекулярного сообщения является её кратковременность. РНК постоянно изменяется в ответ на меняющиеся условия внутри и снаружи клетки, её сообщения передаются быстро и столь же быстро теряют свою актуальность. Это делает её идеальным средством для передачи информации о текущем состоянии клетки. РНК можно сравнить с текстовым сообщением или электронным письмом, которое несёт временную информацию, в отличие от стабильных и постоянных ДНК, которые можно считать аналогами рукописей на камне.

Учёные продолжают изучать, как именно клетки различных видов обрабатывают РНК-сообщения. Например, уже известно, что растения и грибы могут не только принимать и читать эти послания, но и использовать их для собственной выгоды. Фундаментальное понимание таких механизмов ведёт к открытию новых способов лечения заболеваний и управлению клеточными процессами. Важно отметить, что даже дружеские организмы, такие как симбиотические бактерии в корнях растений, используют РНК для общения и координации своих функций, что доказывает многообразие ролей РНК в природе.

Несмотря на кратковременность своего существования, РНК продолжает удивлять учёных своей многофункциональностью. Её гибкая структура позволяет ей не только передавать информацию, но и регулировать различные клеточные процессы, активируя или подавляя гены, влияя на синтез белков, а также ускоряя химические реакции. Благодаря этим свойствам РНК уже стала основой для новых методов лечения, таких как создание мРНК-вакцин от COVID-19 . Однако природа пошла ещё дальше — клетки научились использовать везикулы для передачи РНК другим организмам, иногда даже против их воли.

Исследования последних лет продолжают открывать всё больше примеров межвидового обмена РНК, что подтверждает гипотезу о том, что РНК — это древний и универсальный язык, понятный всем живым организмам на планете.