活细胞中没有任何特殊成分可以使其免受物理和化学定律的约束。然而，它具有一些惊人的能力：自我复制并产生能够随着时间的推移而进化和适应的后代的能力。普通化学是如何获得这种能力的呢？为了回答这个问题，科学家们正在研究自我复制实际上只需要多少机器。
现代细胞在复制过程中面临着明显的“先有鸡还是先有蛋”的情况。 DNA 携带制造蛋白质所需的信息，而蛋白质则催化重要反应以制造更多 DNA 分子。这种伙伴关系是如何开始的？ RNA提供了一个可能的解决方案。
RNA 与 DNA 一样，可以通过核苷酸序列存储遗传信息，核苷酸序列是构成所有 RNA 的四种化学构件。某些 RNA 序列还形成复杂的结构，使分子能够充当核酶并催化某些化学反应。因此，一些研究人员提出了一种RNA世界假说，即在现代细胞出现之前，RNA分子曾经扮演过两种角色，而现在这些角色主要分为蛋白质和DNA。然而，一个简单到可以在原始地球上自发产生的 RNA 分子是否也可以复制更多的自身？
“RNA 和 DNA 一样，可以通过核苷酸序列存储遗传信息”
剑桥 MRC 分子生物学实验室的研究人员发现了一种长度仅为 45 个核苷酸的 RNA 催化剂，被亲切地命名为“相当微小”45，或 QT45。在单独的实验中，它能够合成自己的 RNA 互补链以及自身的另一个副本，这是自我复制所需的两个关键步骤。它与之前发现的核酶的不同之处在于它的尺寸很小：45 个核苷酸，在分子中心形成一个小的催化核心。
与之前开发的 I 类聚合酶核酶（通常长度约为 100 至 300 个核苷酸）相比，QT45 是一个重要证据，证明此类核酶比之前想象的要简单得多。这使得 RNA 世界的想法更加可信，主要有两个原因：较短的分子意味着需要组装的核苷酸构件更少，以及复制错误的机会更少。因此，找到这样的分子意味着在已建立的核酶家族之外寻找全新的东西。
为了获得 QT45，研究人员对数万亿个随机 RNA 分子池进行了定向进化。他们要求这些分子连接单独的 RNA 片段，并分离出有希望的候选者。它们被用来通过突变生成新的 RNA 库，并面临在不同模板上执行相同任务以获得更长产品的挑战。其中一个谱系产生了 QT51，通过截短而形成 QT45，而没有丧失聚合酶活性。
首席研究员 Edoardo Gianni 博士解释说，为了发现不同于现有聚合酶核酶的新序列，需要进行广泛的随机搜索。该搜索最终集中在一个与之前所见不同的非常小的复制催化剂上。下一个挑战是将其两个独立的反应转变为一个完整的、自我维持的循环。
“研究人员挑战这些分子连接单独的 RNA 片段，并分离出有希望的候选者”
目前，QT45还不是分子复印机。经过 72 天的复制，收益率仅为 0.2%。此外，自我复制实验使用三字母RNA片段而不是游离核苷酸，并且必须为QT45提供另外的六字母RNA片段才能产生自身的另一个副本。下一个挑战是发现在复制方面具有足够生产力和准确性以维持复制的核酶。
尽管 QT45 几乎没有直接的实际应用，但 Gianni 仍然对相关分子可能揭示生命起源感兴趣。通过测试基于QT45模板的数千个变体，发现大多数突变损害了其复制活性。
它的尺寸很小，几乎没有留下任何改变的空间，尽管一些改变在测试条件下是中性的或有益的。人们希望 QT45 能够作为一类新型核酶的模板，以更深入地研究生命最早的化学物质可能是什么样子。
RNA 的催化作用在生命的历史进程中并没有消失。在体内每个细胞的每个核糖体的中心，RNA 分子催化氨基酸连接形成蛋白质。现代细胞使用 DNA、RNA 和蛋白质的组合来存储信息和催化反应，但这种伙伴关系可能可以追溯到更简单的时代，当时 RNA 可能承担了更多的负担。
