La vie telle que nous la connaissons est née il y a environ 3,5 à 4 milliards d'années sous la forme d'une soupe prébiotique ("avant la vie") de molécules organiques qui ont commencé à se répliquer et à transmettre une formule génétique. Ou ainsi va la pensée derrière le monde de l'ARN, l'une des hypothèses les plus solides sur l'origine de la vie.

Des chercheurs de l'UC Santa Barbara ont maintenant trouvé des preuves que l'acide aminé arginine (ou son équivalent mondial prébiotique) peut avoir été un ingrédient plus important dans cette soupe qu'on ne le pensait auparavant.

"Les gens ont tendance à penser que l'arginine n'est pas un prébiotique, " a déclaré Irène Chen, un biophysicien dont la recherche se concentre sur les origines chimiques de la vie. "Ils ont tendance à penser que les acides aminés les plus simples sont plausibles, comme la glycine et l'alanine." Arginine, par contre, est relativement plus complexe, et on pensait donc qu'il était entré en jeu à un stade ultérieur.

Terre primordiale, selon la théorie du monde de l'ARN, avait les conditions pour héberger plusieurs types de biomolécules, y compris les acides nucléiques (qui deviennent du matériel génétique), les acides aminés (qui finissent par se lier pour former les protéines responsables de la structure et de la fonction des cellules) et les lipides (qui stockent l'énergie et protègent les cellules). Dans quelles circonstances et comment ces biomolécules ont travaillé ensemble est une source d'investigation permanente pour les chercheurs sur les origines de la vie.

Pour leur enquête, les scientifiques de l'UCSB ont analysé un ensemble de données de complexes de protéines et d'aptamères évolués in vitro (courtes molécules d'ARN et d'ADN qui se lient à des protéines cibles spécifiques).

« Nous cherchions l'interface dont les propriétés favorisaient la liaison, " a déclaré Célia Blanco, chercheur postdoctoral au Chen Lab, et auteur principal d'un article paru dans la revue Biologie actuelle . L'évolution in vitro a été un facteur important lors de la sélection de ces complexes évolutifs indépendants, elle a souligné, éviter les effets de confusion résultant de l'évolution biologique et imiter étroitement les conditions d'un monde prébiotique.

« Il y a tellement de contraintes en biologie, " dit Chen, qui est également médecin. "Les interactions protéine-ADN ou protéine-ARN biologiquement évoluées doivent fonctionner à l'intérieur d'une cellule; ce ne sera pas exactement le cas pour les origines de la vie."

Ce que les chercheurs ont découvert, c'est que l'arginine était un acteur dans de nombreuses interactions chimiques entre les protéines et les aptamères.

"Bien sûr, nous nous attendions à ce qu'il soit très important pour les interactions électrostatiques car il est chargé positivement, " Chen a dit, "mais c'était aussi l'acide aminé dominant pour les interactions hydrophobes, les interactions d'empilement et ces autres modes d'interaction différents pour lesquels d'autres acides aminés sont plus connus. la lysine (un autre acide aminé chargé positivement) a également joué un rôle important dans ces interactions.

Entre autres raisons, l'arginine a peut-être été négligée car il s'agit d'un acide aminé relativement plus difficile à synthétiser.

"Habituellement, les gens fondent le consensus sur ce qui est prébiotique et ce qui ne l'est pas sur des expériences, " a déclaré Blanco. " Et en utilisant ce que les gens croient être des conditions prébiotiques, l'arginine et la lysine semblent difficiles à synthétiser ou à détecter." Mais juste parce que quelque chose comme l'arginine n'a pas été produit dans les expériences de laboratoire menées jusqu'à présent, Blanco a continué, ne veut pas dire qu'il n'y était pas.

Les chercheurs prennent soin de souligner que bien que l'acide aminé que nous appelons arginine se soit avéré important dans les interactions de liaison aptamère-protéine qu'ils ont examinées, il y a des milliards d'années, la biomolécule n'était peut-être pas nécessairement l'arginine d'aujourd'hui, mais peut-être un équivalent primordial chargé positivement.

Cette évolution jette davantage de lumière sur ce qui aurait pu être les conditions idéales pour l'essor de la vie. Il existe une variété d'hypothèses - des comètes aux cheminées hydrothermales à d'autres environnements - qui peuvent avoir été favorables à l'évolution éventuelle des cellules, ainsi que plusieurs expériences marquantes qui renforcent l'idée de RNA World.

"Si nous avions découvert que la glycine était vraiment importante pour les interactions ARN-protéine - et la glycine est partout - alors cela n'aurait pas été utile pour déterminer les conditions plausibles, ", a déclaré Chen. "Mais trouver que l'arginine était importante limite le type de scénarios qui auraient pu donner naissance au code génétique."