Neuer Weg für den RNA-Abbau in eisenreichen Umgebungen entdeckt

RNA, ein lebenswichtiges Biomolekül, wird in Umweltanwendungen eingesetzt, darunter zur Überwachung mikrobieller Gemeinschaften, zur Entwicklung von Pestiziden und zur Quantifizierung der Häufigkeit pathogener Viren wie SARS-CoV-2 in Wasser- und Abwassersystemen. Um das Molekül in diesen und anderen neuen Technologien nutzbar zu machen, ist es entscheidend zu verstehen, wie schnell RNA unter bestimmten Bedingungen abgebaut wird.

Laut einer neuen Studie von Forschern um Kimberly Parker, Assistenzprofessorin für Energie-, Umwelt- und Chemieingenieurwesen an der McKelvey School of Engineering der Washington University in St. Louis, kann RNA bei der Adsorption an Eisenoxidmineralien eine schnelle Hydrolyse durchlaufen. Diese Entdeckung enthüllt einen bisher unbekannten abiotischen Weg für den RNA-Abbau und wirft Licht auf biogeochemische Prozesse und die Dynamik von Umweltsystemen. Die Ergebnisse wurden am 22. Mai veröffentlicht Umweltwissenschaft und -technologie.

„Dies ist der erste abiotische Prozess, den wir gefunden haben, der einen RNA-Abbau in der Umwelt in Zeiträumen verursacht, die mit dem biotischen Abbau konkurrieren können“, sagte Parker. „Anstatt auf biologische Wirkstoffe wie Enzyme oder Mikroben angewiesen zu sein, um RNA-Moleküle abzubauen, haben wir herausgefunden, dass der durch Mineralien katalysierte RNA-Abbau unabhängig vom biologischen Kontext relativ schnell erfolgt. Dies könnte eine wichtige Grenze dafür sein, wie lange RNA in der Umwelt verbleibt.“

Der Erstautor Ke Zhang führte die Forschung in Parkers Labor durch, während er 2022 an der WashU in Umwelttechnik promovierte. Zhang fand heraus, dass RNA bei der Adsorption an Eisenoxidmineralien wie Goethit und Hämatit eine schnelle Hydrolyse im Zeitrahmen von Stunden durchläuft. Dieser Hydrolyseprozess wird auf einzigartige Weise durch das Vorhandensein von Eisen in den Mineralien erleichtert, das den strukturellen Abbau des RNA-Moleküls chemisch beschleunigt. Dieser Befund stellt die bisherigen Annahmen der Wissenschaftler über die Umweltfaktoren in Frage, die den RNA-Abbau beeinflussen, insbesondere in eisenreichen Böden und Sedimenten, die etwa 10 % des weltweiten eisfreien Landes ausmachen.

„Dieser Prozess könnte eine wichtige Grenze dafür darstellen, wie lange RNA in der Umwelt verbleibt, aber es gibt bestimmte Bedingungen, die diesen Abbauweg blockieren können“, sagte Parker. „Während wir in dieser Forschung die Reaktionszeitskalen gemessen und die Reaktionsprodukte bestimmt haben, müssen wir in Zukunft weitere Einblicke in den Reaktionsmechanismus gewinnen. Das Verständnis der Mechanismen sowie der Zeitskalen des RNA-Abbaus ist entscheidend für die genaue Interpretation der relativen DNA-Mengen im Vergleich zu ihnen.“ RNA, das Studium von Viren und Pestiziden und sogar die Erforschung des Ursprungs des Lebens.