Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Notre Dame παρατήρησαν για πρώτη φορά μια χειραλική υπερκατασκευή νερού γύρω από ένα βιομόριο. Αν και πολλές μελέτες έχουν δείξει την άμεση αλληλεπίδραση του νερού με πολύ σημαντικά μακρομόρια, όπως το DNA, η τελευταία μελέτη είναι μια τελική επιβεβαίωση ότι το νερό σχηματίζει μια μοναδική και διαρκή υπερδομή γύρω από τη διπλή έλικα του DNA!

Πρόκειται για σταθεροποίηση της μοριακής διαμόρφωσης, μεσολαβώντας στη λειτουργικότητά του DNA και την αλληλεπίδραση με σημαντικούς ενδιάμεσους πληροφοριών όπως η πολυμεράση RNA.

Λαμβάνοντας υπόψη άλλες πρόσφατες αναφορές, όπως η άμεση χαρτογράφηση μοριακών συζεύξεων και η ανταλλαγή ενέργειας μεταξύ δονήσεων ραχοκοκαλιάς DNA και νερού με φασματοσκοπία υπέρυθρης μήτρας δευτερολέπτου, γίνεται όλο και πιο δύσκολο να αγνοηθεί ο κεντρικός ρόλος του νερού σε μερικά από τα πιο σημαντικά βιολογικά φαινόμενα.

Το νερό σχηματίζει μοτίβα ενυδάτωσης γύρω από βιομόρια μέσω αλληλεπιδράσεων δεσμών υδρογόνου – και είναι τόσο σημαντικό για την οργάνωση και την ενορχήστρωση του κυτταρικού περιβάλλοντος που ερευνητές όπως ο Gerald Pollack έχουν ακόμη επισημάνει τη σημασία του ως πιθανού πρόγονου της κυτταρικής μεμβράνης – που γεννά τα πρώτα κύτταρα ζωής!

Τί έδειξε η εκπληκτική μελέτη

Η τελευταία μελέτη χρησιμοποίησε συνεκτική μη γραμμική δόνηση με άνευ προηγουμένου ταχύτητες δονητικής απεικόνισης και μοριακή χωρική ανάλυση, επιτρέποντας στα μόρια DNA και τα συναφή πρότυπα ενυδάτωσης του νερού να παρατηρηθούν με μεγάλη λεπτομέρεια σε σχεδόν φυσιολογικές συνθήκες (θερμοκρασία δωματίου και διάλυμα NaCl 100 mM).

Η ερευνητική ομάδα διαπίστωσε ότι το DNA αποτυπώνει την χειρομορφία του (σκεφτείτε τους αριστερούς έναντι των δεξιών χεριών) στα γύρω μόρια του νερού, προκαλώντας το σχηματισμό μιας μακροσκοπικής υπερ-δομής προτύπου νερού κατά μήκος της διπλής έλικας DNA.

Ενώ είναι γνωστό ότι το ειδικό πρότυπο μοτίβου μορίων νερού κατά μήκος του μορίου DNA είναι σημαντικό για την αναγνώριση αλληλουχιών προαγωγού γονιδίου με αλληλεπίδραση πρωτεϊνών (βλ. Για παράδειγμα τη μελέτη «ενδιάμεσο νερό ως δακτυλικό αποτύπωμα ενυδάτωσης»), η πλήρης βιολογική συνάφεια μιας χειραλικής σπονδυλικής στήλης της ενυδάτωσης είναι άγνωστη.

Εκπληκτικά είναι τα ευρήματα όπως αυτά του Luc Montagnier – στα οποία ο βραβευμένος με Νόμπελ Γάλλος Ιολόγος που ανακάλυψε τον ιό HIV του AIDS και η ερευνητική του ομάδα, συμπεριλαμβανομένου του θεωρητικού φυσικού Emilio Del Giudice, ο οποίος πρωτοστάτησε στην εργασία για την κβαντική θεωρία πεδίου της συμπυκνωμένης μαλακής ύλης, ειδικά του νερού – πραγματοποίησαν μια σειρά πειραμάτων που υποδηλώνουν ότι οι αλληλουχίες DNA μπορούν να ανασυσταθούν από τη μνήμη νερού!

Η μελέτη περιγράφεται λεπτομερώς στην έκθεση “Μεταγωγή πληροφοριών DNA μέσω νερού και ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων“.

Η ικανότητα άμεσης ανίχνευσης της αλληλεπίδρασης του νερού και του κεντρικού ρόλου στις βιομοριακές λειτουργίες είναι μια συναρπαστική ανάπτυξη προηγμένων φασματοσκοπικών τεχνολογιών και μοριακής βιολογίας και θα παρέχει αποκαλυπτικές ιδέες για τη βιοφυσική και τις φυσικοχημικές ιδιότητες στο μοριακό επίπεδο ζωής.

Όταν ο Szent-Gyorgyi χαρακτήρισε το νερό το «πλέγμα της ζωής», απηχoύσε ένα παλιό συναίσθημα. Ο Παράκελσος τον 16ο αιώνα έλεγε ότι «το νερό ήταν η μήτρα του κόσμου και όλων των πλασμάτων του». Όμως, η έννοια του Paracelsus για μια μήτρα – μια δραστική ουσία που είναι διαποτισμένη με ιδιότητες ζωτικής σημασίας – ήταν πολύ διαφορετική από την εικόνα ότι, που μέχρι πολύ πρόσφατα είχαν οι μοριακοί βιολόγοι για τον ρόλο του νερού στη χημεία της ζωής.

Αν και αναγνωρίζουμε ότι το υγρό νερό έχει κάποιες ασυνήθιστες και σημαντικές φυσικές και χημικές ιδιότητες – την ισχύ του ως διαλύτη, την ικανότητά του να σχηματίζει δεσμούς υδρογόνου, την αμφοτερική του φύση [ένα μόριο που μπορεί να αντιδρά τόσο ως οξύ όσο και ως βάση] – οι βιολόγοι το θεωρούν ουσιαστικά ως το φόντο στο οποίο βρίσκονται τα μοριακά συστατικά της ζωής.

Συνήθιζε να είναι κοινή πρακτική, για παράδειγμα, να εκτελούνται προσομοιώσεις ηλεκτρονικών υπολογιστών με βιομόρια σε κενό. Εν μέρει αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η υπολογιστική ένταση της προσομοίωσης μιας πολυπεπτιδικής αλυσίδας ήταν δύσκολη ακόμη και χωρίς να λαμβάνονται υπόψη και μόρια διαλύτη, αλλά αντανακλούσε επίσης την επικρατούσα αντίληψη ότι το νερό κάνει πολύ περισσότερα από το να μετριάσει ή να μετριάσει τις βασικές φυσικοχημικές αλληλεπιδράσεις υπεύθυνες για τη μοριακή βιολογία.

Αυτό που είπαν οι Gerstein και Levitt πριν από 9 χρόνια παραμένει αλήθεια σήμερα: «Όταν οι επιστήμονες δημοσιεύουν μοντέλα βιολογικών μορίων σε περιοδικά, συνήθως σχεδιάζουν τα μοντέλα τους σε έντονα χρώματα και τα τοποθετούν σε απλό, μαύρο φόντο».

Περιέργως, αυτή η παραμέληση του νερού ως ενεργού συστατικού του κυττάρου συμβαδίζει με την υπόθεση ότι η ζωή δεν θα μπορούσε να υπάρξει χωρίς αυτήν.

Αυτό ήταν βασικά ένα εμπειρικό συμπέρασμα που προέκυψε από την εμπειρία μας στη ζωή στη Γη: περιβάλλοντα χωρίς υγρό νερό δεν μπορούν να διατηρήσουν τη ζωή και χρειάζονται ειδικές στρατηγικές για την αντιμετώπιση καταστάσεων στις οποίες, λόγω των άκρων είτε θερμότητας είτε κρύου, το υγρό είναι λιγοστό.

Η πρόσφατη επιβεβαίωση ότι υπάρχει τουλάχιστον ένας κόσμος πλούσιος σε οργανικά μόρια στα οποία ποτάμια και ίσως ρηχά νερά ή έλη είναι γεμάτα με μη υδατικό υγρό – τους υγρούς υδρογονάνθρακες του Τιτάνα – θα μπορούσε τώρα να φέρει κάποια εστίαση, ακόμη και επείγον, στο ερώτημα αν το νερό είναι πράγματι μια μοναδική και καθολική μήτρα ζωής, ή αν, αντίθετα, είναι ακριβώς αυτό που συμβαίνει να σχετίζεται με τον πλανήτη μας (Phillip Ball, Νερό ως ενεργό συστατικό στην κυτταρική βιολογία).

Το επιστημονικό άρθρο: http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acscentsci.7b00100

Εγγραφείτε στο Newsletter μας!