Chercheurs à Strasbourg, La France, ont découvert que le mélange de deux petites biomolécules, glyoxylate et pyruvate, dans l'eau riche en fer et en sel produit un réseau de réaction ressemblant à la biochimie fondamentale de la vie. Cette découverte donne un aperçu de la façon dont la chimie sur la Terre primitive a amorcé l'évolution de la vie la plus ancienne. L'étude a été publiée dans la revue La nature .

Les scientifiques qui étudient les origines de la vie sur Terre ont longtemps lutté pour expliquer comment la biochimie de la vie a commencé il y a plus de 4 milliards d'années. La biochimie est organisée autour de seulement cinq précurseurs métaboliques universels construits à partir de C, O et H - tout comme le trafic dense d'une grande métropole s'organise autour de quelques pôles de transit. Pourquoi la vie utilise les molécules et les réactions chimiques qu'elle fait, parmi d'innombrables alternatives, est un mystère complet.

Un groupe de chercheurs dirigé par le Pr Joseph Moran à l'Université de Strasbourg a travaillé ces dernières années sur les origines du métabolisme biologique. "L'idée que le métabolisme biologique avait un précurseur chimique étroitement lié qui utilisait des intermédiaires et des transformations similaires est une option intéressante, " dit Moran. Récemment, le groupe a recréé un équivalent purement chimique de la voie AcCoA, un ensemble de réactions utilisées par les microbes pour produire de l'acétate (deux carbones) et du pyruvate (trois carbones) à partir de CO 2 . Composés de construction de plus de trois carbones à partir de blocs de construction fabriqués à partir de CO 2 C'est là que le progrès s'est arrêté. Pour accomplir de tels exploits, la vie repose sur des enzymes complexes et un vecteur d'énergie chimique, ATP. Mais les enzymes et l'ATP sont des structures complexes qui n'auraient pas pu exister sur une Terre sans vie. Comment alors la vie a-t-elle construit sa biochimie avant les enzymes et l'ATP ?

Moran explique :« La percée est venue de la réalisation qu'un métabolisme chimique peut avoir fonctionné d'une manière légèrement différente de la façon dont il fonctionne dans la vie aujourd'hui, tout en préservant la vue d'ensemble. » L'équipe s'est inspirée du rôle central d'un métabolite à deux carbones, glyoxylate, dans un modèle publié précédemment par le biologiste théoricien Daniel Segrè. Un autre indice est venu des chimistes organiques Ram Krishnamurthy et Greg Springsteen, qui a rapporté que le pyruvate (trois carbones) et le glyoxylate (deux carbones) réagissent facilement pour former des liaisons C-C dans l'eau. Kamila Muchowska, un chercheur postdoctoral dans l'équipe de Moran et premier auteur de la présente étude dit, "Nous avons mélangé du glyoxylate et du pyruvate à chaud, l'eau riche en fer et a remarqué qu'elle donne lieu à un réseau de réaction avec plus de 20 intermédiaires biologiques, y compris ceux qui sont aussi gros que six carbones." Non seulement le réseau augmente en complexité au fil du temps, mais il décompose également les intermédiaires en CO 2 , tout comme la vie. "Le système chimique réaliste obtenu de cette manière ressemble conceptuellement à la fonction de l'anabolisme et du catabolisme biologiques - aucune enzyme n'est nécessaire, il suffit d'ajouter du fer, " dit Moran.

Dans le cadre de l'étude, les chercheurs ont testé ce qui se passe si une source d'azote et une source d'électrons sont introduites dans le système. "Lorsque nous avons ajouté de l'hydroxylamine et du fer métallique à l'expérience, le réseau réactionnel a produit quatre acides aminés biologiques, " explique Sreejith Varma, un co-auteur de l'étude. Moran dit, "De façon intéressante, dans le code génétique, ces mêmes quatre acides aminés ont tous des codons commençant par G, soutenant les idées selon lesquelles le métabolisme et le code génétique pourraient avoir émergé en parallèle. »

Le réseau réactionnel nouvellement découvert a tellement de points communs avec les cycles biologiques connus que l'équipe se demande si les cycles de Krebs et de glyoxylate pourraient avoir des origines purement chimiques. "Nous pensons que le métabolisme chimique aurait pu construire des précurseurs de cycles biologiques de cette façon, avant que l'ATP et les enzymes n'existent, " dit Muchowska. Les chercheurs strasbourgeois sont maintenant impatients de voir comment le réseau de réaction peut changer en réponse à différents éléments, et si cela peut conduire aux molécules de la génétique.