Pour vraiment comprendre le fonctionnement du corps et améliorer la santé humaine, les chercheurs doivent démêler les éléments constitutifs de nos cellules. Mais alors que les scientifiques continuent de faire des percées majeures en biologie cellulaire, une question importante persiste :comment les cellules se sont-elles formées à l'origine il y a des milliards d'années ?

Une nouvelle étude, dirigé par Ramanarayanan Krishnamurthy, Doctorat., de Scripps Research, et Sheref Mansy, Doctorat., de l'Université de Trente, offre une explication sur la façon dont les « protocellules » pourraient avoir émergé sur la Terre primitive, menant finalement aux cellules que nous connaissons aujourd'hui. Leur travail, publié dans la revue Petit , suggère que des molécules appelées cyclophospholipides pourraient avoir été l'ingrédient nécessaire aux protocellules pour former d'importantes structures internes appelées vésicules, qui a probablement lancé le processus évolutif.

"Les protocellules auraient été les ancêtres des cellules d'aujourd'hui, si vous voulez, " dit Krishnamurthy, professeur agrégé de chimie à Scripps Research. "Ils n'avaient pas toutes les fonctionnalités des cellules modernes, mais ils ont eu le comportement précurseur pour jeter les bases de ce qui est venu par la suite. »

Krishnamurthy est membre de la Simons Collaboration on the Origins of Life et détient une nomination conjointe avec le Center for Chemical Evolution, cofinancé par le programme d'astrobiologie de la NASA et la National Science Foundation. Comme beaucoup dans son domaine, Krishnamurthy est curieux de savoir comment les premières vésicules auraient fonctionné.

Les cellules regorgent aujourd'hui de différentes molécules et réactions chimiques, mais les protocellules auraient été beaucoup plus simples, comme des vésicules. L'une des caractéristiques de ces vésicules était les zones creuses internes appelées lumière, des espaces qui pouvaient capturer des molécules de plus en plus grosses nécessaires à des tâches telles que la formation d'ARN et la fabrication de protéines, les éléments constitutifs nécessaires à la vie.

Finalement, grâce aux vésicules, les protocellules auraient pu se diviser en générations plus avancées de protocellules qui ont absorbé les nutriments de l'environnement pour se développer et se diviser à nouveau.

La nouvelle étude offre une solution simple au puzzle de la façon dont des vésicules stables auraient pu se développer. Autrefois, les chercheurs ont essayé d'utiliser des molécules appelées acides gras pour construire des vésicules, mais ces vésicules réagiraient aux ions métalliques et se désintégreraient.

"Les vésicules d'acides gras ne survivent tout simplement pas à la plupart des conditions trouvées sur Terre, et certainement pas les types de conditions nécessaires pour obtenir une activité de molécules de type biologique, " dit Mansy. " Cet écart entre la plausibilité et la stabilité nous a rendu difficile d'imaginer comment les protocellules auraient pu émerger. "

Les chercheurs n'avaient jamais essayé d'utiliser des cyclophospholipides pour former des vésicules, mais en 2018, Le laboratoire de Krishnamurthy a publié un Chimie de la nature étude montrant que les conditions sur Terre primitive auraient pu conduire à des cyclophospholipides.

Après avoir démontré que les cyclophospholipides auraient pu exister dans les premiers jours de la vie, les chercheurs ont cherché à savoir si les molécules pouvaient aider les protocellules à construire des vésicules. "Nous ne savions pas s'ils seraient suffisamment stables pour être utiles ou fonctionnels, " dit Krishnamurthy.

Il s'est avéré que les nouvelles vésicules étaient étonnamment stables. Ils ont résisté à un plus large éventail de conditions physiques et chimiques que les vésicules d'acides gras, y compris les changements de pH. En réalité, les nouvelles découvertes suggèrent que les cyclophospholipides pourraient être la base idéale pour les vésicules qui ont permis aux protocellules d'évoluer.

« Les travaux du professeur Krishnamurthy sur la phosphorylation prébiotique nous ont amenés à explorer un nouveau type de lipide qui est très prometteur pour nous aider à au moins comprendre quels types de propriétés chimiques étaient nécessaires pour construire une protocellule prébiotiquement raisonnable et robuste, " dit Mansy.

Les chercheurs se préparent maintenant à faire passer des tests encore plus exigeants sur les vésicules cyclophospholipidiques, répondre à des questions plus profondes. Ils aimeraient savoir si ces vésicules sont compatibles avec d'autres processus importants nécessaires à l'évolution, comme la réplication d'ARN non enzymatique.

L'étude, "Les cyclophospholipides augmentent la stabilité protocellulaire aux ions métalliques, " comprenait également le premier auteur Ö. Duhan Toparlak de l'Université de Trente; et Megha Karki et Veronica Egas Ortuno de Scripps Research.