La coopération moléculaire au seuil de la vie

Des agrégats de type protéine, appelés amyloïdes, peuvent se lier à des molécules de matériel génétique. Il est possible que ces deux types de molécules se soient stabilisées au cours du développement de la vie – et que cela ait même ouvert la voie au code génétique.

La façon dont les organismes se développent à partir de matière inanimée est l’une des plus grandes questions scientifiques. Bien que de nombreuses explications possibles aient été proposées, il n’existe pas de réponses définitives. Ce n’est pas surprenant : ces processus ont eu lieu il y a 3 à 4 milliards d’années, à une époque où les conditions sur Terre étaient complètement différentes de celles d’aujourd’hui.

Justifier des hypothèses avec des données expérimentales

“Au cours de cette vaste période, l’évolution a complètement effacé les traces qui remontaient aux origines de la vie”, explique Roland Riek, professeur de chimie physique et directeur associé du nouveau centre interdisciplinaire pour l’origine et la prévalence de la vie de l’ETH Zurich. La science n’a d’autre choix que de formuler des hypothèses et de les étayer le plus minutieusement possible par des données expérimentales.

Depuis des années, Riek et son équipe poursuivent l’idée selon laquelle des agrégats de type protéine, appelés amyloïdes, pourraient avoir joué un rôle important dans la transition entre la chimie et la biologie.

La première étape du groupe de recherche de Riek a été de démontrer que de tels amyloïdes pouvaient se former relativement facilement dans les conditions qui régnaient probablement au début de la Terre : en laboratoire, il suffit d’un peu de gaz volcanique (ainsi que de compétences expérimentales et beaucoup de patience). ) pour que les acides aminés simples se combinent en courtes chaînes peptidiques, qui s’assemblent ensuite spontanément en fibres.

Molécules précurseurs de la vie

Plus tard, l’équipe de Riek a démontré que les amyloïdes peuvent se répliquer, ce qui signifie que les molécules remplissent un autre critère décisif pour être considérées comme des molécules précurseurs de la vie. Et maintenant, les chercheurs ont adopté la même ligne pour la troisième fois avec leur dernière étude, dans laquelle ils montrent que les amyloïdes sont capables de se lier à des molécules d’ARN et d’ADN.

Ces interactions reposent en partie sur l’attraction électrostatique, puisque certains amyloïdes sont – au moins par endroits – chargés positivement, tandis que le matériel génétique porte une charge négative, au moins dans un environnement neutre à acide. Cependant, Riek et son équipe ont également remarqué que les interactions dépendent également de la séquence des nucléotides d’ARN et d’ADN présents dans le matériel génétique. Cela signifie qu’ils pourraient représenter une sorte de précurseur du code génétique universel qui unit tous les êtres vivants.

Une stabilité accrue comme avantage majeur

Et pourtant, “Bien que nous constations des différences dans la manière dont les molécules d’ARN et d’ADN se lient aux amyloïdes, nous ne comprenons pas encore la signification de ces différences”, explique Riek. “Notre modèle est probablement encore trop simple.” C’est pourquoi il considère un autre aspect des résultats comme particulièrement important : lorsque le matériel génétique s’attache aux amyloïdes, les deux molécules gagnent en stabilité. Dans l’Antiquité, cette stabilité accrue s’est peut-être avérée être un grand avantage.

En effet, à l’époque, dans la soupe dite primordiale, les molécules biochimiques étaient très diluées. Comparez cela avec les cellules biologiques d’aujourd’hui, dans lesquelles ces molécules sont étroitement regroupées. “Les amyloïdes ont le potentiel prouvé d’augmenter la concentration locale et l’ordre des nucléotides dans un système désordonné autrement dilué”, écrivent les chercheurs de Riek dans leur article Publié dans Journal de l’American Chemical Society.

Riek souligne que même si la compétition est au cœur de la théorie de l’évolution de Darwin, la coopération a également joué un rôle évolutif majeur. Les deux classes de molécules bénéficient de l’interaction stabilisatrice entre les amyloïdes et les molécules d’ARN ou d’ADN, car les molécules à longue durée de vie s’accumulent plus fortement au fil du temps que les substances instables. Il se pourrait même que la coopération moléculaire, plutôt que la compétition, ait été le facteur décisif de l’émergence de la vie.

“Après tout, l’espace ou les ressources ne manquaient probablement pas à l’époque”, explique Riek.