Un chercheur de Harvard à la recherche d'un modèle pour les premières cellules a créé un système qui s'auto-assemble à partir d'une soupe chimique en des structures semblables à des cellules qui se développent, se déplacer en réponse à la lumière, répliquer une fois détruit, et présentent des signes de sélection évolutive rudimentaire.

Alors que le système, développé par le chercheur senior Juan Pérez-Mercader, imite ce que l'on pourrait concevoir comme un comportement cellulaire précoce, une mise en garde majeure est que son composant principal est une molécule que l'on ne trouve généralement pas dans les êtres vivants.

Pérez-Mercader a dit que c'est par conception. Physicien de formation, Pérez-Mercader a lancé les travaux pour donner suite à un article qu'il a écrit en 2003 sur les modèles mathématiques de certaines des propriétés fondamentales de la vie. Les travaux récents, décrit dans la revue en libre accès Rapports scientifiques , est une tentative d'utiliser la chimie pour traduire ces modèles mathématiques dans le monde réel, il a dit.

"J'essaie de construire quelque chose qui imite la vie d'une manière complètement artificielle, " a déclaré Pérez Mercader.

Pérez-Mercader est venu à Harvard pour rejoindre l'Initiative Origins of Life, un effort à l'échelle de l'université impliquant des chercheurs de toutes les écoles et disciplines. Les travaux vont des enquêtes sur les processus encore obscurs par lesquels la vie est apparue pour la première fois à l'étude des exoplanètes loin de la Terre.

La vie a quatre attributs principaux, dit Pérez-Mercader. Il stocke, communique, les usages, et reproduit les informations, comme dans les données contenues dans l'ADN. Il a un métabolisme qui lui permet de fabriquer ses propres pièces. Il est capable de s'auto-répliquer. Et il est capable d'évoluer.

"La vie… fait toutes ces choses basées sur la chimie. S'il y a une chimie qui fait tout ce qui précède, et n'est pas la biochimie connue, nous cherchons haut et bas pour [ça], " il a dit.

La capacité de se séparer du milieu environnant est un élément clé de tout système vivant, dit Pérez-Mercader. Cela permet à la chimie de la vie de se produire dans une structure encapsulée, ce qui l'empêche de se diffuser dans le milieu environnant. Le travail d'autres chercheurs dans ce domaine a inclus la création de cellules rudimentaires via des molécules de graisse, qui sont utilisés dans la construction cellulaire par les êtres vivants. Pérez-Mercader a cherché à réduire le processus à l'essentiel pour mieux comprendre les bases.

"Vous avez besoin d'avoir quelque chose qui génère cette compartimentation. Alors nous avons dit:" Pouvons-nous construire le compartiment de manière simple? "", a déclaré Pérez-Mercader.

Pour créer le système, Pérez-Mercader a travaillé avec Anders Albertsen, un associé du Département des sciences de la Terre et des planètes, et Jan Szymanski, un ancien boursier postdoctoral à Harvard, pour créer une soupe chimique composée de méthacrylate de 2-hydroxypropyle. Ils ont ajouté du ruthénium, un métal photosensible, faire réagir la molécule à la lumière. La molécule modifiée a tendance à se lier aux autres en de longues chaînes répétitives appelées polymères, avec une extrémité repoussant l'eau et l'autre l'attirant. Cette interaction avec l'eau provoque l'alignement des polymères, et finalement former des vésicules.

Le système est activé par la lumière bleue. Au cours de plusieurs heures d'exposition, les monomères se lient pour former des polymères, et les polymères s'alignent pour former des vésicules sphériques, avec certains approchant la taille des cellules naturelles. Ils poussent par osmose jusqu'à ce qu'ils éclatent, puis recommencent à pousser.

"A cinq heures, le mélange change, " dit Pérez-Mercader. " A six heures, ça devient trouble. À partir du mélange homogène, développer ces conteneurs. Les conteneurs implosent et repoussent, ils commencent à faire ces choses très intéressantes."

Le comportement régénératif est ce qui a conduit Pérez-Mercader à la description de " vésicules de phénix, " après l'oiseau mythique qui a brûlé dans son nid et est né de nouveau.

En plus de la capacité à se former spontanément et à se répliquer, les vésicules sont attirées par la lumière, et ont tendance à se regrouper près de la source lumineuse. Heures supplémentaires, les plus grosses vésicules dominent la population, Pérez-Mercader a dit, indiquant qu'une forme de sélection est à l'œuvre.

Mis à part les leçons potentielles sur la petite enfance, Pérez-Mercader a déclaré que les résultats pourraient être utiles pour créer un système de livraison auto-assemblé dans l'industrie. Il a dit qu'il prévoyait de poursuivre le travail avec des vésicules plus complexes et d'inclure une certaine chimie active dans leur intérieur.

"Les implications pour les origines de la vie pour moi sont très intéressantes, bien qu'ils doivent encore être explorés, " il a dit.

Cette histoire est publiée avec l'aimable autorisation de la Harvard Gazette, Journal officiel de l'Université de Harvard. Pour des nouvelles universitaires supplémentaires, visitez Harvard.edu.