Comment les séquences d'ADN contenant des informations prébiotiques pourraient-elles survivre face à la concurrence d'un vaste excès de molécules plus courtes avec des séquences aléatoires ? Les scientifiques de LMU montrent maintenant qu'un mécanisme relativement simple aurait pu faire l'affaire.

La vie est une question d'énergie et d'informations - beaucoup d'informations - plus précisément, l'information héréditaire stockée dans l'ADN qui est présente dans toutes les cellules vivantes. Ainsi, la capacité de codage de l'ADN nucléaire présent dans chaque cellule de mammifère équivaut à quelque 700 Mo. Ces informations se sont accumulées et transmises avec succès au cours de milliards d'années d'évolution. Pour des chercheurs comme Dieter Braun (professeur de biophysique des systèmes au LMU) qui s'intéressent à la compréhension de l'origine de la vie sur Terre, l'une des nombreuses questions que cela soulève est de savoir comment les toutes premières molécules informationnelles qui se sont formées dans des conditions prébiotiques auraient pu surpasser leurs nombreux rivaux avec un contenu d'information beaucoup plus petit.

En collaboration avec son collègue le Professeur Shoichi Toyabe de l'Université du Tohoku à Sendai (Japon), qui a déjà effectué de nombreuses visites de travail dans son laboratoire, Braun rapporte maintenant un ensemble d'expériences et de simulations qui suggèrent qu'un mécanisme assez simple peut en principe résoudre le paradoxe, et aurait pu permettre à des séquences informationnelles primordiales de survivre. Cela implique à son tour que toute information génétique utile qui s'est avérée être codée dans de telles séquences n'a pas besoin de disparaître (comme les myriades de séquences aléatoires) dans le chaos dont elles sont issues, ou ont été progressivement fragmentés en molécules de plus en plus courtes (dont la plupart des modèles de la soupe primordiale indiquent qu'ils étaient les plus susceptibles d'être répliqués) et essentiellement dilués.

Le mécanisme de ligature modélisé proposé par Braun et Toyabe est un processus génétique moléculaire bien connu dans les cellules modernes. Lorsque deux molécules d'ADN simple brin se lient à des régions adjacentes d'un brin plus long (la matrice), les deux peuvent facilement être reliés l'un à l'autre (ligaturés) par le même genre de mécanisme qui les a d'abord engendrés. "Tant que ce mécanisme simple est disponible dans les conditions de réaction en vigueur, des segments d'ADN compatibles peuvent être sélectionnés à partir d'un mélange aléatoire de séquences et amenés dans une position qui leur permet d'être liés ensemble pour créer un brin plus long, ", explique Braun.

De cette façon, en fonction des concentrations relatives des séquences complémentaires, le décor est planté pour la coopération intermoléculaire. Des températures plus élevées et des gradients de température abrupts, comme ceux que l'on pense avoir caractérisé l'étroit, les pores remplis d'eau dans les roches volcaniques dans lesquelles la synthèse d'ADN primordial peut avoir eu lieu - favorisent l'enchaînement de molécules plus courtes en séquences plus longues. Cela permettrait une sélection plus rapide, allongement et réplication ultérieure de molécules plus longues. En d'autres termes, la ligature à matrice peut créer des majorités stables en favorisant l'assemblage et la réplication de séquences suffisamment complexes pour coder la première information génétique. Pour les auteurs du nouvel article, "ces réseaux de ligature coopérative fournissent un exemple de brisure de symétrie, un mécanisme bien connu de formation de structure en physique, " dit Braun.

Dans les années 1970, Manfred Eigen (Prix Nobel de chimie 1967) et Peter Schuster ont développé leur modèle « hypercycle » comme une voie théoriquement réalisable depuis les premières séquences d'ADN prébiotiques jusqu'à la transmission stable de l'information génétique. Cependant, il leur manquait un système expérimental qui leur permettrait d'imiter les conditions prébiotiques d'une manière plus ou moins réaliste. « Nos contributions expérimentales démontrent, qu'il est possible d'obtenir les majorités stables requises de séquences informationnelles dans la soupe primordiale en utilisant les méthodes les plus simples, " conclut Braun.