Pour la première fois, les scientifiques ont trouvé des preuves solides que l'ARN et l'ADN auraient pu provenir du même ensemble de molécules précurseurs avant même que la vie n'évolue sur Terre il y a environ quatre milliards d'années.

La découverte, publié le 1er avril dans Chimie de la nature , suggère que les premiers êtres vivants sur Terre pourraient avoir utilisé à la fois de l'ARN et de l'ADN, comme toutes les formes de vie basées sur les cellules le font maintenant. En revanche, le point de vue scientifique dominant - l'hypothèse du "monde de l'ARN" - est que les premières formes de vie étaient basées uniquement sur l'ARN, et n'a évolué que plus tard pour fabriquer et utiliser l'ADN.

"Ces nouvelles découvertes suggèrent qu'il n'est peut-être pas raisonnable pour les chimistes d'être si fortement guidés par l'hypothèse du monde de l'ARN pour enquêter sur les origines de la vie sur Terre, " dit le co-chercheur principal Ramanarayanan Krishnamurthy, Doctorat., professeur agrégé de chimie à Scripps Research.

Krishnamurthy et son laboratoire ont travaillé sur l'étude avec le laboratoire de John Sutherland, DPhil, du laboratoire de biologie moléculaire du Medical Research Council du Royaume-Uni à Cambridge, dans le cadre de la Collaboration sur les origines de la vie de la Simons Foundation basée à New York.

L'ARN (acide ribonucléique) et l'ADN (acide désoxyribonucléique) sont chimiquement très similaires, mais les chimistes n'ont jamais pu montrer comment l'un aurait pu être converti en l'autre sur la Terre primitive, sauf avec l'aide d'enzymes produites par les premiers organismes. En partie à cause de l'absence de voie chimique démontrée avant la vie ou "pré-biotique" reliant l'ARN à l'ADN, les chercheurs dans ce domaine ont été enclins à penser que plus plus polyvalent, ARN, était la base des premières formes de vie - ou du moins d'un stade précoce de la vie avant l'émergence de l'ADN. L'ARN est capable de stocker des informations génétiques comme l'ADN, est capable de catalyser des réactions biochimiques comme peuvent le faire les enzymes protéiques, et autrement aurait probablement pu effectuer les tâches biologiques de base qui auraient été nécessaires dans les premières formes de vie.

Bien que les chercheurs sur l'origine de la vie au cours des dernières décennies aient largement adopté l'hypothèse du monde de l'ARN, Sutherland, Krishnamurthy, Jack Szostak de Harvard et d'autres ont accumulé des preuves que l'ARN et l'ADN peuvent être apparus plus ou moins en même temps dans les premières formes de vie.

Dans une étude publiée en 2017 par exemple, Krishnamurthy et ses collègues de Scripps Research ont identifié un composé qui était vraisemblablement présent sur la Terre prébiotique et qui aurait pu effectuer la tâche cruciale de lier les blocs de construction de l'ARN en plus gros, brins d'ARN en forme de chaîne - et aurait pu faire de même pour les éléments constitutifs de l'ADN et des protéines.

Dans la nouvelle étude, les scientifiques ont combiné les informations de cette enquête avec les récentes découvertes de Sutherland et de son laboratoire sur un composé appelé thiouridine. Ce dernier était probablement présent sur Terre avant l'apparition de la vie, et aurait pu être un précurseur chimique des blocs de construction nucléosidiques des premiers ARN. L'équipe a montré qu'en quelques étapes de réaction chimique, qui aurait vraisemblablement pu se produire dans un monde prébiotique, ils pourraient convertir ce précurseur d'un bloc de construction d'ARN en bloc de construction d'ADN - la désoxyadénosine, qui forme la lettre "A" dans le moderne, code ADN à quatre lettres. Alternativement, ils pourraient convertir la thiouridine en désoxyribose, qui est très étroitement lié à la désoxyadénosine et peut également avoir été un précurseur des premiers blocs de construction de l'ADN.

Cette découverte devrait permettre aux scientifiques d'accepter plus facilement la possibilité que l'ADN et l'ARN soient apparus ensemble et aient été inclus dans les premières formes de vie. Certains chercheurs, dont Sutherland, ont suggéré que l'ARN et l'ADN pourraient même avoir été mélangés pour créer les premiers gènes. Aucun organisme de ce type n'est actuellement présent à l'état naturel, mais un article récent de Peter Schultz de Scripps Research, doctorat et ses collègues ont décrit une bactérie modifiée qui peut survivre avec des gènes constitués d'un mélange ARN/ADN.

Krishnamurthy soupçonne que, pourtant la vie est née, L'ARN et l'ADN, avec leurs forces et leurs faiblesses respectives, se seraient rapidement classés dans la division assez stricte du travail observée dans toutes les cellules aujourd'hui :l'ADN pour le stockage stable à long terme de l'information génétique, et l'ARN pour son propre ensemble spécial de tâches, y compris le stockage et le transport à court terme d'informations génétiques et la fabrication de protéines.

"Il y a le début d'une prise de conscience sur le terrain que l'ARN et l'ADN auraient pu être mélangés au départ mais séparés plus tard en fonction de ce qu'ils font le mieux, " dit Krishnamurthy.

Les auteurs de l'étude, "La phosphorylation prébiotique de la 2-thiouridine fournit des nucléotides ou des blocs de construction d'ADN par photoréduction, " étaient Jianfeng Xu, Nicolas Vert, et John Sutherland de la MRC, et Clémentine Gibard et Ramanarayanan Krishnamurthy de Scripps Research.