Les chimistes de Scripps Research ont fait une découverte qui soutient une nouvelle vision surprenante de l'origine de la vie sur notre planète.

Dans une étude publiée dans la revue de chimie Angewandte Chemie , ils ont démontré qu'un composé simple appelé diamidophosphate (DAP), qui était vraisemblablement présent sur Terre avant l'apparition de la vie, aurait pu tricoter chimiquement de minuscules blocs de construction d'ADN appelés désoxynucléosides en brins d'ADN primordial.

La découverte est la dernière d'une série de découvertes, au cours des dernières années, soulignant la possibilité que l'ADN et son proche cousin chimique l'ARN soient apparus ensemble en tant que produits de réactions chimiques similaires, et que les premières molécules auto-répliquantes - les premières formes de vie sur Terre - étaient des mélanges des deux.

La découverte peut également conduire à de nouvelles applications pratiques en chimie et en biologie, mais sa signification principale est qu'il aborde la question séculaire de la façon dont la vie sur Terre est apparue pour la première fois. En particulier, cela ouvre la voie à des études plus approfondies sur la façon dont les mélanges ADN-ARN auto-répliquants auraient pu évoluer et se propager sur la Terre primordiale et finalement semer la biologie plus mature des organismes modernes.

"Cette découverte est une étape importante vers le développement d'un modèle chimique détaillé de la façon dont les premières formes de vie sont apparues sur Terre, " dit l'auteur principal de l'étude Ramanarayanan Krishnamurthy, Doctorat., professeur agrégé de chimie à Scripps Research.

Cette découverte éloigne également le domaine de la chimie de l'origine de la vie de l'hypothèse qui l'a dominé au cours des dernières décennies :et que l'ADN n'est apparu que plus tard en tant que produit de formes de vie à ARN.

L'ARN est-il trop collant ?

Krishnamurthy et d'autres ont mis en doute l'hypothèse du monde de l'ARN en partie parce que les molécules d'ARN étaient peut-être simplement trop "collantes" pour servir de premiers auto-réplicateurs.

Un brin d'ARN peut attirer d'autres blocs de construction d'ARN individuels, qui s'y collent pour former une sorte de brin d'image miroir - chaque bloc de construction du nouveau brin se liant à son bloc de construction complémentaire sur l'original, brin "modèle". Si le nouveau brin peut se détacher du brin modèle, et, par le même procédé, commencer à modéliser d'autres nouveaux brins, alors il a réalisé l'exploit de l'auto-réplication qui sous-tend la vie.

Mais alors que les brins d'ARN peuvent être bons pour modéliser des brins complémentaires, ils ne sont pas si doués pour se séparer de ces brins. Les organismes modernes fabriquent des enzymes qui peuvent forcer des brins jumelés d'ARN - ou d'ADN - à se séparer, permettant ainsi la réplication, mais on ne sait pas comment cela aurait pu être fait dans un monde où les enzymes n'existaient pas encore.

Une solution de contournement chimérique

Krishnamurthy et ses collègues ont montré dans des études récentes que des brins moléculaires "chimériques" qui sont en partie de l'ADN et en partie de l'ARN ont pu contourner ce problème, car ils peuvent modeler des brins complémentaires d'une manière moins collante qui leur permet de se séparer relativement facilement.

Les chimistes ont également montré dans des articles largement cités au cours des dernières années que les simples éléments constitutifs du ribonucléoside et du désoxynucléoside, respectivement d'ARN et d'ADN, aurait pu survenir dans des conditions chimiques très similaires sur la Terre primitive.

De plus, en 2017, ils ont signalé que le composé organique DAP aurait pu jouer le rôle crucial de modifier les ribonucléosides et de les enchaîner dans les premiers brins d'ARN. La nouvelle étude montre que le DAP dans des conditions similaires aurait pu faire la même chose pour l'ADN.

"Nous avons trouvé, à notre surprise, que l'utilisation du DAP pour réagir avec les désoxynucléosides fonctionne mieux lorsque les désoxynucléosides ne sont pas tous les mêmes mais sont plutôt des mélanges de différentes «lettres» d'ADN telles que A et T, ou G et C, comme un vrai ADN, " dit le premier auteur Eddy Jiménez, Doctorat., un associé de recherche postdoctoral au laboratoire de Krishnamurthy.

"Maintenant que nous comprenons mieux comment une chimie primordiale a pu fabriquer les premiers ARN et ADN, nous pouvons commencer à l'utiliser sur des mélanges de blocs de construction ribonucléosides et désoxynucléosides pour voir quelles molécules chimériques sont formées et si elles peuvent s'auto-répliquer et évoluer, " dit Krishnamurthy.

Il note que le travail peut également avoir de larges applications pratiques. La synthèse artificielle d'ADN et d'ARN - par exemple dans la technique "PCR" qui sous-tend les tests COVID-19 - représente un vaste business mondial, mais dépend d'enzymes qui sont relativement fragiles et ont donc de nombreuses limitations. Robuste, les méthodes chimiques sans enzyme pour fabriquer de l'ADN et de l'ARN peuvent finir par être plus attrayantes dans de nombreux contextes, dit Krishnamurthy.