Des scientifiques du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) du département américain de l'Énergie ont fait une découverte surprenante qui pourrait aider à expliquer notre risque de développer des maladies chroniques ou des cancers en vieillissant, et comment notre nourriture se décompose au fil du temps.

Quoi de plus, leurs découvertes, qui ont été signalés récemment dans le Actes de l'Académie nationale des sciences ( PNAS ), mettent en évidence un lien inattendu entre la chimie de l'ozone dans notre atmosphère et la capacité câblée de nos cellules à repousser les maladies.

"La beauté de la nature est qu'elle décide souvent d'utiliser des chimies similaires dans tout un système, mais nous n'avons jamais pensé que nous trouverions un lien commun entre la chimie atmosphérique, et la chimie de notre corps et de notre nourriture, " a déclaré Kevin Wilson, le directeur adjoint de la division des sciences chimiques du Berkeley Lab qui a dirigé l'étude. "Notre étude est la première à explorer une autre voie chimique qui pourrait affecter la façon dont les cellules de notre corps - et même notre alimentation - peuvent réagir au stress oxydatif, comme la pollution, heures supplémentaires."

Notre corps et certains de nos aliments préférés, y compris la viande, des noisettes, et les avocats, ont beaucoup en commun :ils sont constitués de molécules organiques, tels que les lipides insaturés, qui sont des éléments constitutifs importants pour les parois cellulaires.

Lipides insaturés et autres molécules organiques, comme les glucides et les protéines, se dégradent lentement au fil du temps en raison d'une réaction en chaîne - connue sous le nom d'auto-oxydation - déclenchée par l'oxygène et les radicaux hydroxyles, un type d'espèce réactive de l'oxygène. Les radicaux hydroxyles attaquent insidieusement les lipides insaturés de notre corps et de notre alimentation, faire brunir le plus frais des avocats, par exemple.

Les dommages causés à notre corps par les radicaux hydroxyles, cependant, est plus dévastateur qu'un avocat oxydé. Comme nous vieillissons, des décennies d'exposition aux radicaux hydroxyles et à d'autres espèces réactives de l'oxygène affaiblissent lentement mais sûrement les lipides insaturés de notre corps. De tels dommages irréversibles augmentent le stress oxydatif et la probabilité de développer un cancer et des maladies chroniques liées à l'âge telles que la maladie d'Alzheimer.

Un lien inattendu

Depuis des décennies, les scientifiques pensaient que les radicaux hydroxyles fonctionnaient seuls lorsqu'ils attaquaient les lipides insaturés.

Mais Wilson et son équipe de recherche ont découvert que les radicaux hydroxyles ont un partenaire criminel surprenant - et il s'appelle "Criegee intermédiaire".

Les intermédiaires Criegee sont très réactifs, molécules exotiques proposées pour la première fois par le chimiste Rudolf Criegee en 1975 pour expliquer comment les polluants émis par les voitures et les usines réagissent avec la couche d'ozone dans notre atmosphère.

Ainsi en 2015, décennies après la découverte révolutionnaire de Criegee, Wilson et sa co-auteure Nadja Heine ont été surpris d'observer une espèce chimique appelée " ozonides secondaires " - des molécules contenant du carbone, hydrogène, et l'oxygène—au cours d'une réaction hydroxyle avec des lipides insaturés à la source lumineuse avancée (ALS) de Berkeley Lab. (Heine était chercheur postdoctoral à la division des sciences chimiques du Berkeley Lab au moment de l'étude.)

Ce qui a déconcerté les chercheurs, c'est que les ozonides secondaires ne sont généralement pas associés aux lipides insaturés; plutôt, ils sont les produits d'une réaction intermédiaire de Criegee avec les aldéhydes atmosphériques, qui sont des composés organiques dérivés d'alcools.

"On s'est demandé, les intermédiaires Criegee agissent-ils avec l'hydroxyle dans la dégradation des lipides insaturés dans les aliments, Plastique, et les cellules de notre corps ?", a déclaré Wilson.

Partir à la chasse au trésor

Parce que les intermédiaires Criegee ont une existence éphémère, il est difficile de les observer directement. Les chercheurs ont donc utilisé un processus d'élimination pour se concentrer sur eux.

Auteur principal Meirong Zeng, chercheur postdoctoral à la division des sciences chimiques du Berkeley Lab, utilisé une technique appelée spectroscopie de masse à l'ALS pour illuminer les nanogouttelettes lipidiques sous une lumière ultraviolette. L'ALS est une installation synchrotron financée par le DOE qui fournit des faisceaux de rayons X, ultra-violet, et la lumière infrarouge pour soutenir des dizaines d'expériences simultanées pour explorer la structure microscopique et la composition chimique des échantillons dans un large éventail de disciplines scientifiques.

Lorsqu'elle a ajouté aux nanogouttelettes lipidiques des molécules d'alcool "capteurs" connues pour ne réagir qu'avec les intermédiaires Criegee, elle a observé que le taux de dégradation des lipides ralentissait notablement, conséquence de la réactivité des molécules piégeuses avec les intermédiaires Criegee et les rendait ainsi inertes, dit Zeng.

Ils ont également découvert qu'une fois que les intermédiaires Criegee avaient été désactivés par les molécules charognards, la réaction a donné des produits similaires au peroxyde, et il n'a pas libéré d'ozonides secondaires, dit Zeng.

Les chercheurs pensent que ces résultats fournissent la preuve d'une nouvelle voie de dégradation des lipides où l'hydroxyle avide de lipides génère des intermédiaires Criegee, qui donnent alors naissance à un nouveau lot d'hydroxyle; l'hydroxyle nouvellement formé envoie une nouvelle génération d'intermédiaires Criegee; et le cycle continue encore et encore.

"Cela nous a surpris parce que les radicaux hydroxyles étaient connus pour causer des dommages oxydatifs aux cellules, mais ce qui n'était pas connu avant notre étude, c'est que l'hydroxyle le fait via la formation d'intermédiaires Criegee, " a ajouté Wilson.

Depuis les maladies chroniques, cancer, et la détérioration des aliments ont été liées aux dommages cellulaires causés par les radicaux hydroxyles, les chercheurs pensent que les intermédiaires Criegee pourraient également jouer un rôle similaire dans la dégradation moléculaire qui nous rend vulnérables aux maladies à mesure que nous vieillissons, et cela provoque la pourriture des aliments.

Une nouvelle voie pour les antioxydants

La découverte pourrait jeter les bases d'une nouvelle classe d'antioxydants, des vitamines aux conservateurs alimentaires naturels, Zeng a ajouté.

"C'est une découverte passionnante. Cela nous a donné une image plus complète des mécanismes derrière la dégradation cellulaire et la maladie qui était complètement inattendue, " elle a dit.

"Pour terminer ce travail, il a fallu des années de travail acharné à Nadja et Meirong, et les capacités uniques de la source lumineuse avancée pour sonder la chimie complexe, " a déclaré Wilson. " Nous espérons que les résultats de notre étude inspireront les chercheurs à explorer davantage la biochimie des intermédiaires Criegee, lipides, et antioxydants, qui sont nécessaires pour aider les gens de plusieurs manières :de la prévention des maladies à la conservation des aliments. »

Les chercheurs prévoient ensuite de travailler avec des théoriciens du Berkeley Lab pour étudier les propriétés quantiques, comme la structure électronique, en jeu dans la réaction intermédiaire/hydroxyle de Criegee pour mieux évaluer comment ce cycle pourrait fonctionner dans les cellules humaines, nourriture, et dans les matériaux contenant des lipides insaturés tels que les plastiques et les carburants.