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Origine moléculaire de la vie : qu'est-ce qui s'est formé en premier ? Protéine, ADN ou ARN ou une combinaison de ceux-ci ?

LES SCIENCESLA BIOLOGIEOrigine moléculaire de la vie : qu'est-ce qui s'est formé en premier ? Protéine, ADN ou ARN ou une combinaison de ceux-ci ?

« Plusieurs questions sur l'origine de la vie ont trouvé une réponse, mais il reste beaucoup à étudier », ont déclaré Stanley Miller et Harold Urey en 1959 après avoir rapporté la synthèse en laboratoire d'acides aminés dans des conditions terrestres primitives. De nombreux progrès sur toute la ligne, mais les scientifiques sont depuis longtemps aux prises avec une question fondamentale : quel matériel génétique a été formé en premier sur la terre primitive, l'ADN ou l'ARN, ou un peu des deux ? Il existe maintenant des preuves suggérant que l'ADN et l'ARN peuvent avoir coexisté dans la soupe primordiale à partir de laquelle les formes de vie peuvent avoir évolué avec le matériel génétique respectif.

Le dogme central de la biologie moléculaire affirme que L'ADN fait ARN fait protéines. Les protéines sont responsables de la majorité, sinon de toutes les réactions qui se déroulent dans un organisme. La fonctionnalité entière d'un organisme dépend principalement de sa présence et de l'interaction de protéines molécules. Selon le dogme central, les protéines sont produites par l'information contenue dans L'ADN qui est converti en protéine fonctionnelle via un messager appelé ARN. Cependant, il est possible que les protéines elles-mêmes puissent survivre indépendamment sans ADN ni ARN, comme c'est le cas avec les prions (molécules protéiques mal repliées qui ne contiennent ni ADN ni ARN), mais peuvent survivre par elles-mêmes.

Ainsi, il peut y avoir trois scénarios pour l'origine de la vie.

A) Si les protéines ou leurs éléments constitutifs ont pu se former de manière abiotique au cours de l'atmosphère qui existait il y a des milliards d'années dans la soupe primordiale, les protéines peuvent être qualifiées de base de origine de la vie. La preuve expérimentale en sa faveur vient de la célèbre expérience de Stanley Miller1, 2, qui a montré que lorsqu'un mélange de méthane, d'ammoniac, d'eau et d'hydrogène est mélangé et mis en circulation au-delà d'une décharge électrique, un mélange d'acides aminés se forme. Cela a de nouveau été corroboré sept ans plus tard3 en 1959 par Stanley Miller et Harold Urey déclarant que la présence d'une atmosphère réductrice dans la terre primordiale a donné lieu à la synthèse de composés organiques en présence des gaz mentionnés ci-dessus ainsi que de plus petites quantités de monoxyde de carbone et de dioxyde de carbone. La pertinence des expériences de Miller-Urey a été remise en question par la fraternité scientifique pendant plusieurs années, qui pensait que le mélange gazeux utilisé dans leurs recherches était trop réducteur par rapport aux conditions qui existaient sur la Terre primordiale. Un certain nombre de théories pointaient vers une atmosphère neutre contenant un excès de CO2 avec du N2 et de la vapeur d'eau4. Cependant, une atmosphère neutre a également été identifiée comme un environnement plausible pour la synthèse d'acides aminés5. De plus, pour que les protéines agissent en tant qu'origines de la vie, elles doivent s'auto-répliquer, ce qui conduit à une combinaison de différentes protéines pour répondre aux différentes réactions se déroulant dans un organisme.

B) Si la soupe primordiale fournissait des conditions pour construire des blocs de L'ADN et/ou de l'ARN à former, alors l'un ou l'autre de ceux-ci aurait pu être le matériel génétique. La recherche a jusqu'à présent favorisé l'ARN comme matériel génétique à l'origine des formes de vie en raison de leur capacité à se replier sur lui-même, existant sous forme d'un seul brin et agissant comme une enzyme.6, capable de fabriquer plus de molécules d'ARN. Un certain nombre d'enzymes à ARN auto-réplicables7 ont été découverts au fil des ans, suggérant que l'ARN est le matériel génétique de départ. Cela a été encore renforcé par les recherches effectuées par le groupe de John Sutherland qui ont conduit à la formation de deux bases d'ARN dans un environnement similaire à la soupe primordiale en incluant du phosphate dans le mélange8. La formation de blocs de construction d'ARN a également été démontrée en simulant une atmosphère réductrice (contenant de l'ammoniac, du monoxyde de carbone et de l'eau), similaire à celle utilisée dans l'expérience de Miller-Urey, puis en faisant passer des décharges électriques et des lasers à haute puissance à travers eux9. Si l'on pense que l'ARN est à l'origine, alors quand et comment l'ADN et les protéines sont-ils apparus ? L'ADN s'est-il développé plus tard en tant que matériel génétique en raison de la nature instable de l'ARN et des protéines ont emboîté le pas. Les réponses à toutes ces questions restent encore sans réponse.

C) Le troisième scénario selon lequel l'ADN et l'ARN peuvent coexister dans la soupe primordiale qui a conduit à l'origine de la vie provient d'études publiées le 3rd juin 2020 par le groupe de John Sutherland du laboratoire MRC de Cambridge, Royaume-Uni. Les chercheurs ont simulé les conditions qui existaient sur une Terre primordiale il y a des milliards d'années, avec des étangs peu profonds en laboratoire. Ils ont d'abord dissous les produits chimiques qui forment l'ARN dans l'eau, puis les ont séchés et chauffés, puis les ont soumis à un rayonnement UV qui simulait les rayons du soleil existant à l'époque primordiale. Cela a non seulement conduit à la synthèse des deux éléments constitutifs de l'ARN mais aussi de l'ADN, suggérant que les deux acides nucléiques coexistaient au moment de l'origine de la vie.10.

Sur la base des connaissances contemporaines existantes aujourd'hui et honorant le dogme central de la biologie moléculaire, il semble plausible que l'ADN et l'ARN aient coexisté, ce qui a conduit à l'origine de la vie et à la formation de protéines plus tard.

Cependant, l'auteur souhaite spéculer sur un autre scénario où les trois macromolécules biologiques importantes, à savoir. L'ADN, l'ARN et les protéines coexistent dans la soupe primordiale. Les conditions désordonnées qui existaient dans la soupe primordiale impliquant la nature chimique de la surface de la terre, les éruptions volcaniques et la présence de gaz tels que l'ammoniac, le méthane, le monoxyde de carbone, le dioxyde de carbone ainsi que l'eau peuvent avoir été idéales pour la formation de toutes les macromolécules. Un indice de ceci a été fourni par les recherches effectuées par Ferus et al., où les nucléobases se sont formées dans la même atmosphère réductrice9 utilisé dans l'expérience de Miller-Urey. Si nous devons croire en cette hypothèse, alors au cours de l'évolution, différents organismes ont adopté l'un ou l'autre matériel génétique, ce qui a favorisé leur existence à l'avenir.

Cependant, alors que nous essayons de comprendre l'origine des formes de vie, de nombreuses recherches supplémentaires sont nécessaires pour répondre aux questions fondamentales et pertinentes sur la façon dont la vie est apparue et s'est propagée. Cela nécessiterait une approche « out-of-the-box » sans s'appuyer sur les préjugés introduits dans notre pensée par les dogmes actuels suivis en science.

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Références:

1. Miller S., 1953. Une production d'acides aminés dans des conditions terrestres primitives possibles. Science. 15 mai 1953 : Vol. 117, numéro 3046, pp. 528-529 DOI : https://doi.org/10.1126/science.117.3046.528

2. Bada JL, Lazcano A. et al 2003. Soupe prébiotique – Revisiter l'expérience Miller. Science 02 mai 2003 : Vol. 300, numéro 5620, p. 745-746 DOI : https://doi.org/10.1126/science.1085145

3. Miller SL et Urey HC, 1959. Synthèse de composés organiques sur la terre primitive. Science 31 juillet 1959 : Vol. 130, numéro 3370, p. 245-251. EST CE QUE JE: https://doi.org/10.1126/science.130.3370.245

4. Kasting JF, Howard MT. 2006. Composition atmosphérique et climat sur la Terre primitive. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 361:1733-1741 (2006). Publié : 07 septembre 2006. DOI : https://doi.org/10.1098/rstb.2006.1902

5. Cleaves HJ, Chalmers JH, et al 2008. Une réévaluation de la synthèse organique prébiotique dans les atmosphères planétaires neutres. Orig Life Evol Biosph 38 : 105–115 (2008). EST CE QUE JE: https://doi.org/10.1007/s11084-007-9120-3

6. Zaug, AJ, Cech TR. 1986. L'ARN de séquence intermédiaire de Tetrahymena est une enzyme. Science 31 janvier 1986 : Vol. 231, numéro 4737, pp. 470-475 DOI : https://doi.org/10.1126/science.3941911

7. Wochner A, Attwater J, et al 2011. Transcription catalysée par un ribozyme d'un ribozyme actif. Sciences 08 avril : Vol. 332, numéro 6026, p. 209-212 (2011). EST CE QUE JE: https://doi.org/10.1126/science.1200752

8. Powner, M., Gerland, B. & Sutherland, J., 2009. Synthèse de ribonucléotides de pyrimidine activés dans des conditions prébiotiques plausibles. Nature 459, 239-242 (2009). https://doi.org/10.1038/nature08013

9. Ferus M, Pietrucci F, et al 2017. Formation de nucléobases dans une atmosphère réductrice Miller-Urey. PNAS 25 avril 2017 114 (17) 4306-4311 ; publié pour la première fois le 10 avril 2017. DOI : https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114

10. Xu, J., Chmela, V., Green, N. et al. 2020 Formation prébiotique sélective de nucléosides de pyrimidine d'ARN et de purine d'ADN. Nature 582, 60-66 (2020). Publication : 03 juin 2020. DOI : https://doi.org/10.1038/s41586-020-2330-9

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Rajeev Soni
Rajeev Sonihttps://www.RajeevSoni.org/
Le Dr Rajeev Soni (ID ORCID : 0000-0001-7126-5864) est titulaire d'un doctorat. en biotechnologie de l'Université de Cambridge, Royaume-Uni et a 25 ans d'expérience de travail à travers le monde dans divers instituts et multinationales tels que The Scripps Research Institute, Novartis, Novozymes, Ranbaxy, Biocon, Biomerieux et en tant que chercheur principal avec US Naval Research Lab dans la découverte de médicaments, le diagnostic moléculaire, l'expression de protéines, la fabrication de produits biologiques et le développement commercial.

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