RNA Hydrolysis at Mineral–Water Interfaces

化学 水解 核糖核酸 针铁矿 核酸 生物地球化学循环 矿物 磷酸二酯键 吸附 无机化学 环境化学 有机化学 生物化学 基因
作者
Ke Zhang,Kun-Pu Ho,Anamika Chatterjee,Grace Park,Zhiyao Li,Jeffrey G. Catalano,Kimberly M. Parker
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:57 (22): 8280-8288 被引量:19
标识
DOI:10.1021/acs.est.3c01407
摘要

As an essential biomolecule for life, RNA is ubiquitous across environmental systems where it plays a central role in biogeochemical processes and emerging technologies. The persistence of RNA in soils and sediments is thought to be limited by enzymatic or microbial degradation, which occurs on timescales that are orders of magnitude faster than known abiotic pathways. Herein, we unveil a previously unreported abiotic pathway by which RNA rapidly hydrolyzes on the timescale of hours upon adsorption to iron (oxyhydr)oxide minerals such as goethite (α-FeOOH). The hydrolysis products were consistent with iron present in the minerals acting as a Lewis acid to accelerate sequence-independent hydrolysis of phosphodiester bonds comprising the RNA backbone. In contrast to acid- or base-catalyzed RNA hydrolysis in solution, mineral-catalyzed hydrolysis was fastest at circumneutral pH, which allowed for both sufficient RNA adsorption and hydroxide concentration. In addition to goethite, we observed that RNA hydrolysis was also catalyzed by hematite (α-Fe2O3) but not by aluminum-containing minerals (e.g., montmorillonite). Given the extensive adsorption of nucleic acids to environmental surfaces, we anticipate previously overlooked mineral-catalyzed hydrolysis of RNA may be prevalent particularly in iron-rich soils and sediments, which must be considered across biogeochemical applications of nucleic acid analysis in environmental systems.
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