Les lacs dans un environnement volcanique auraient pu être le terreau des premiers composés biochimiques il y a environ 4 à 4,5 milliards d'années. Crédit :Dhilung Kirat/Wikimedia, ETH Zurich
Les scientifiques de l'ETH ont pu prouver qu'une structure protéique répandue dans la nature – l'amyloïde – est théoriquement capable de se multiplier. Cela en fait un prédécesseur potentiel des molécules considérées comme les éléments constitutifs de la vie.
Longtemps considérée comme une aberration biologique, les amyloïdes sont des agrégats fibreux de courts fragments de protéines. Les amyloïdes ont mauvaise réputation car on pense qu'ils sont à l'origine de multiples maladies neurodégénératives, dont la maladie d'Alzheimer, Parkinson et maladie de Creutzfeldt–Jakob.
Ce n'est que récemment que les chercheurs ont découvert que les amyloïdes apparaissent comme des blocs de construction structurels et fonctionnels dans un large éventail de formes de vie, de bactéries, levures et champignons à l'homme. Chez les vertébrés, ils jouent un rôle dans la production du pigment mélanine, tandis que les cellules de levure utilisent des agrégats amyloïdes pour former une sorte de mémoire moléculaire.
Catalyseurs de l'évolution prébiotique
Composé de peptides courts, les fibres amyloïdes peuvent accélérer les réactions chimiques de la même manière que les enzymes; ils sont ainsi considérés depuis plusieurs années comme des candidats aux premières molécules précurseurs du vivant. Jusqu'à maintenant, cependant, une propriété chimique importante manquait dans la théorie du rôle des amyloïdes dans l'abiogenèse :l'auto-réplication.
Les premiers partisans de l'hypothèse amyloïde comprennent le professeur de l'ETH Roland Riek et son assistant principal Jason Greenwald, du Laboratoire de Chimie Physique. Dans une expérience, ils ont maintenant pu montrer que les amyloïdes peuvent servir de matrice chimique pour la synthèse de peptides courts. Et le point critique :"Cette capacité s'applique également potentiellement à l'amyloïde lui-même - ce qui signifie que les molécules peuvent s'auto-répliquer, " dit Riek. Les chercheurs ont rapporté leurs résultats dans une étude en Communication Nature .
A gauche :micrographie électronique d'une fibre amyloïde. En vert est un diagramme de la structure en feuille caractéristique des amyloïdes, constitué de plusieurs chaînes peptidiques courtes. Crédit :Jason Greenwald/ETH Zurich
Modèle pour l'auto-réplication
La capacité à s'auto-répliquer est considérée comme une condition préalable essentielle à toute forme de vie précoce. En prouvant que les amyloïdes s'auto-répliquent, Riek et son équipe ont non seulement mis en évidence un autre aspect étonnant de cette protéine communément sous-estimée, mais aussi rempli un chaînon manquant auparavant dans l'argument de l'hypothèse amyloïde.
Près de deux ans plus tôt, les scientifiques de l'ETH avaient déjà prouvé dans une expérience que des structures amyloïdes peuvent se former spontanément avec une facilité étonnante - à partir d'acides aminés simples qui existaient probablement déjà lorsque la Terre était encore sans vie, et dans des conditions de réaction qui semblent très plausibles pour la soupe primordiale (comme l'a rapporté ETH News).
Il en va de même pour la synthèse peptidique nouvellement découverte :« Le mécanisme réactionnel semble être de nature générale. Il est stable sur une large gamme de températures et de concentrations en sel, en milieu acide ou alcalin, " explique Greenwald.
Cette découverte renforce l'opinion des chercheurs selon laquelle au début de l'histoire de l'évolution, les amyloïdes pourraient avoir joué un rôle central dans le développement des premières formes de vie en tant que supports d'information et unités catalytiques.
Le mécanisme d'auto-réplication des fibres amyloïdes représenté schématiquement :pièce par pièce, des acides aminés spécifiques (blocs de construction colorés) se déposent au bon endroit et se combinent chimiquement. Pendant le processus, l'amyloïde en croissance lui sert de modèle. Crédit :Lukas Frey/ETH Zurich
Pas seulement un monde d'ARN
Jusqu'à maintenant, cependant, l'idée la plus répandue pour les débuts moléculaires de la vie a été l'hypothèse de l'ARN, qui considère l'acide ribonucléique (ARN) comme le seul acteur clé de la soupe primordiale prébiotique. Ceci est dû au fait, comme l'ADN du matériel génétique, Les molécules d'ARN peuvent coder des informations, et sont également capables de s'auto-répliquer.
Les chercheurs de l'ETH s'attaquent maintenant au dogme dominant d'un monde basé sur l'ARN. Ils pensent que l'hypothèse amyloïde est plus plausible; Premièrement, parce que les molécules d'ARN ayant une fonction biologique sont beaucoup plus grosses et plus complexes, il est donc peu probable qu'ils se forment spontanément dans des conditions prébiotiques. "En outre, les amyloïdes sont beaucoup plus stables que les premiers polymères d'acide nucléique, et ils ont une voie de synthèse abiotique beaucoup plus simple par rapport à la complexité des ARN catalytiques connus, " dit Greenwald.
Riek ajoute :« Nous ne pourrons jamais prouver ce qui est vrai – pour le faire, il faudrait revenir en arrière sur les 4 à 4,5 milliards d'années d'évolution. Cependant, on se doute que ce n'en était pas un, mais de multiples processus moléculaires avec diverses molécules prédécesseurs qui ont été impliquées dans la création de la vie."
