DNAの「分子日焼け止め」が生命の起源に手掛かりを提供(DNA’s ‘molecular sunscreen’ offers clues to life’s origins)

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2026-10-14 テキサスA&M大学

テキサスA&M大学の研究チームは、DNAが紫外線から遺伝情報を守る仕組みと、生命誕生初期の進化との関係を明らかにする手掛かりを得た。研究では、DNAの塩基であるチミンと、RNAに含まれるウラシルを、初期の地球環境を想定した紫外線条件下で比較した。吸収・蛍光・ラマン分光法などの光学的手法を用いて分析した結果、チミンは紫外線による損傷を、比較的元に戻りやすい形へ導く傾向が示された。初期の地球にはオゾン層による保護が十分でなく、強い紫外線が地表に到達していたと考えられる。この環境で、チミンは紫外線エネルギーを吸収し、DNA分子のより脆弱な部分への損傷を抑えながら、塩基部分に損傷を局在化させる「分子の日焼け止め」のような役割を果たした可能性がある。本成果は、DNAが遺伝情報の担い手として選ばれた進化的背景の理解を深めるとともに、紫外線分光による病原体検出や水処理施設の紫外線消毒効果の評価にも応用できる可能性がある。

<関連情報>

紫外線による光損傷経路と、初期遺伝子系におけるウラシルよりもチミンが進化的に選択された理由 UV photodamage pathways and the evolutionary selection of thymine over uracil in early genetic systems

Keyvan Khosh Abady, Negar Karpourazar, and Peter M. Rentzepis
Proceedings of the National Academy of Sciences  Published:August 3, 2026
DOI:https://doi.org/10.1073/pnas.2615278123

Abstract

The evolutionary selection of thymine over uracil in DNA presents a paradox from a photostability perspective, since thymine is found to be more susceptible to photodamage from the intense UV radiation present on the early Earth. This study addresses this paradox by providing a comparative spectroscopic analysis of thymine and uracil under controlled 265 nm UV irradiation. To that effect, we used steady-state absorption, fluorescence, and Raman spectroscopy to quantify and compare the photochemical behavior and damage kinetics of the two nucleobases. Our results show that thymine is inherently more photoreactive than uracil, exhibiting a faster overall rate of photodamage, a broader absorption band that increases spectral overlap with the primordial UVC spectrum, and a redshifted absorption maximum located in a spectral region where solar intensity was substantially higher. However, kinetic analysis of lesion pathways reveals that thymine forms irreversible (6-4) photoproducts at a significantly lower rate than uracil, instead directing UV-induced damage primarily toward the reversible cyclobutane pyrimidine dimer pathway. These findings support the hypothesis that canonical nucleobases were evolutionarily optimized not to minimize photodamage but to localize damage within the bases and direct lesion formation toward reversible pathways amenable to nonenzymatic self-repair.

細胞遺伝子工学
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