L'ADN est peut-être apparu sur Terre plus tôt qu'on ne l'avait supposé jusqu'à présent. Les chimistes du LMU dirigés par Oliver Trapp montrent qu'une simple voie de réaction aurait pu donner naissance à des sous-unités d'ADN sur la Terre primitive.

Comment les éléments constitutifs de la vie se sont-ils formés pour la première fois sur la Terre primitive ? Jusqu'à présent, seules des réponses partiellement satisfaisantes à cette question sont disponibles. Cependant, une chose est claire :le processus d'évolution biologique qui a donné naissance à la diversité de la vie sur notre planète doit avoir été précédé d'une phase d'évolution chimique. Au cours de cette étape « prébiotique », les premières molécules polymères capables de stocker des informations et de se reproduire ont été assemblées au hasard à partir de précurseurs organiques disponibles sur la Terre primitive. Les réplicateurs les plus efficaces ont ensuite évolué pour devenir les acides nucléiques informationnels macromoléculaires - ADN et ARN - qui sont devenus la base de toutes les formes de vie sur notre planète.

Depuis des milliards d'années, L'ADN a été le principal vecteur d'information héréditaire dans les organismes biologiques. Les brins d'ADN sont constitués de quatre types de sous-unités chimiques, et l'information génétique qu'il contient est codée dans la séquence linéaire de ces « nucléosides ». De plus, les quatre sous-unités comprennent deux paires complémentaires. Les interactions entre deux brins aux séquences complémentaires sont responsables de la formation de la fameuse double hélice, et jouent un rôle crucial dans la réplication de l'ADN. L'ARN a également des fonctions vitales dans la réplication de l'ADN et dans la traduction des séquences nucléotidiques en protéines.

Lequel de ces deux types d'acide nucléique est arrivé en premier ? La réponse unanime à cette question jusqu'à présent était l'ARN. Des modèles plausibles qui expliquent comment les molécules d'ARN auraient pu être synthétisées à partir de composés précurseurs dans des environnements prébiotiques ont été proposés pour la première fois il y a des décennies, et ont depuis reçu un soutien expérimental substantiel. De plus, sa polyvalence conformationnelle permet à l'ARN à la fois de stocker des informations et d'agir comme un catalyseur. Ces idées ont conduit à l'idée d'un « monde de l'ARN » qui a précédé l'émergence de l'ADN, qui est maintenant bien établie parmi les spécialistes. Comment alors les premières sous-unités d'ADN ont-elles été synthétisées ? L'opinion généralement acceptée est que ce processus a été catalysé par une enzyme, une biomolécule relativement complexe dont l'émergence aurait nécessité des millions d'années d'évolution.

Mais maintenant, une équipe de chimistes dirigée par le professeur Oliver Trapp de LMU a proposé un mécanisme beaucoup plus direct pour la synthèse de sous-unités d'ADN à partir de composés organiques qui auraient été présents dans un environnement prébiotique. "La voie réactionnelle est relativement simple, " dit Trapp, ce qui suggère qu'il pourrait bien avoir été réalisé dans un cadre prébiotique. Par exemple, il ne nécessite pas de variations des paramètres de réaction, comme la température. Dans les expériences de Trapp, les ingrédients nécessaires sont l'eau, un pH légèrement alcalin et des températures comprises entre 40 et 70°C. Dans de telles conditions, des vitesses de réaction et des rendements en produits suffisamment élevés sont atteints, avec une sélectivité élevée et une stéréochimie correcte.

Chacune des sous-unités nucléosidiques présentes dans l'ADN est composée d'une base contenant de l'azote et d'un sucre appelé désoxyribose. Jusqu'à maintenant, on pensait que les désoxynucléosides ne pouvaient être synthétisés que dans des conditions prébiotiques en couplant directement ces deux composants - préformés - entre eux. Mais aucun mécanisme non enzymatique plausible pour une telle étape n'avait jamais été proposé. L'essentiel du nouveau parcours, comme l'explique Trapp, est que le sucre n'est pas lié à la base en une seule étape. Au lieu, il est construit sur la base préformée par une courte séquence d'étapes de réaction impliquant des molécules organiques simples telles que l'acétaldéhyde et le glycéraldéhyde. En outre, les chercheurs du LMU ont identifié une deuxième famille de précurseurs possibles de l'ADN dans laquelle la partie désoxyribose est remplacée par un sucre différent.

Selon les auteurs de l'étude, ces résultats suggèrent que les premières molécules d'ADN pourraient être apparues en parallèle avec l'ARN, il y a environ 4 milliards d'années. Cela signifierait que les molécules d'ADN ont émergé environ 400 millions d'années plus tôt qu'on ne le pensait auparavant.