Qu'est-ce qui a donné aux premières molécules leur stabilité ?
De nouvelles perspectives sur les origines de la vie
Les origines de la vie restent un grand mystère. Comment des molécules complexes ont-elles pu se former et rester intactes pendant de longues périodes sans se désintégrer ? Une équipe d'ORIGINS, un pôle d'excellence basé à Munich, a mis en évidence un mécanisme qui aurait pu permettre aux premières molécules d'ARN de se stabiliser dans la soupe primitive. Lorsque deux brins d'ARN se combinent, leur stabilité et leur durée de vie augmentent considérablement.
Selon toute vraisemblance, la vie sur Terre a commencé dans l'eau, peut-être dans un bassin de marée coupé de l'eau de mer à marée basse, mais inondé par les vagues à marée haute. Au cours de milliards d'années, des molécules complexes comme l'ADN, l'ARN et les protéines se sont formées dans ce milieu avant que les premières cellules n'apparaissent. À ce jour, cependant, personne n'a été en mesure d'expliquer exactement comment cela s'est produit.
"Nous savons quelles molécules existaient sur la Terre primitive", explique Job Boekhoven, professeur de chimie supramoléculaire à l'université technique de Munich (TUM). "La question est de savoir si nous pouvons utiliser ces connaissances pour reproduire les origines de la vie en laboratoire. L'équipe dirigée par Boekhoven au sein du pôle d'excellence ORIGINS s'intéresse principalement à l'ARN. "L'ARN est une molécule fascinante", explique Boekhoven. "Il peut stocker des informations et catalyser des réactions biochimiques. Les scientifiques pensent donc que l'ARN a dû être la première de toutes les molécules complexes à se former.
Le problème, cependant, est que les molécules actives d'ARN sont composées de centaines, voire de milliers de bases et sont très instables. Lorsqu'ils sont immergés dans l'eau, les brins d'ARN se décomposent rapidement en leurs éléments constitutifs, un processus connu sous le nom d'hydrolyse. Comment l'ARN a-t-il pu survivre dans la soupe primitive ?
Comment les doubles brins se sont-ils formés dans la soupe primitive ?
En laboratoire, les chercheurs de la TUM et de la LMU ont utilisé un système modèle de bases d'ARN qui s'assemblent plus facilement que les bases naturellement présentes dans nos cellules aujourd'hui. "Nous ne disposions pas de millions d'années et nous voulions une réponse rapide", explique M. Boekhoven. L'équipe a ajouté ces bases d'ARN à jonction rapide dans une solution aqueuse, a fourni une source d'énergie et a examiné la longueur des molécules d'ARN qui se sont formées. Les résultats sont décevants : les brins de cinq paires de bases qui en résultent ne survivent que quelques minutes.
Les résultats étaient toutefois différents lorsque les chercheurs ont commencé par ajouter de courts brins d'ARN préformé. Les bases complémentaires libres se sont rapidement jointes à cet ARN dans un processus appelé hybridation. Des doubles brins de trois à cinq paires de bases se sont formés et sont restés stables pendant plusieurs heures. "Ce qui est intéressant, c'est que les doubles brins conduisent au repliement de l'ARN, ce qui peut rendre l'ARN catalytiquement actif", explique Boekhoven. L'ARN double brin présente donc deux avantages : il a une durée de vie prolongée dans la soupe primitive et sert de base à l'ARN catalytiquement actif.
Mais comment un double brin a-t-il pu se former dans la soupe primitive ? "Nous étudions actuellement s'il est possible pour les ARN de former leur propre brin complémentaire", explique M. Boekhoven. Il est concevable qu'une molécule composée de trois bases s'associe à une molécule composée de trois bases complémentaires, ce qui donnerait un double brin stable. Grâce à sa durée de vie prolongée, d'autres bases pourraient s'y associer et le brin se développerait.
Avantage évolutif pour les protocellules
Une autre caractéristique de l'ARN double brin pourrait avoir contribué à l'origine de la vie. Il est tout d'abord important de noter que les molécules d'ARN peuvent également former des protocellules. Il s'agit de minuscules gouttelettes dont l'intérieur est entièrement séparé du monde extérieur. Cependant, ces protocellules n'ont pas de membrane cellulaire stable et fusionnent donc facilement avec d'autres protocellules, ce qui a pour effet de mélanger leur contenu. Cette situation n'est pas propice à l'évolution, car elle empêche les protocellules individuelles de développer une identité unique. Toutefois, si les bords de ces protocellules sont composés d'ADN double brin, les cellules deviennent plus stables et la fusion est inhibée.
Des connaissances également applicables à la médecine
À l'avenir, Job Boekhoven espère améliorer encore la compréhension de la formation et de la stabilisation des premières molécules d'ARN. "Certaines personnes considèrent cette recherche comme une sorte de hobby. Pourtant, lors de la pandémie de Covid-19, tout le monde a pu constater l'importance des molécules d'ARN, y compris pour les vaccins", explique Job Boekhoven. "Ainsi, si nos recherches s'efforcent de répondre à l'une des plus anciennes questions de la science, ce n'est pas tout : nous générons également des connaissances sur l'ARN qui pourraient profiter à de nombreuses personnes aujourd'hui."
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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