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Nouveaux indices pour remonter à l'origine de la vie sur Terre

À la une, Vie et santé

02/05/19

Dans la continuité de leurs recherches sur l’origine de la vie, Joseph Moran et son équipe (Laboratoire de catalyse chimique) ont cette fois-ci réussi à créer un réseau dynamique de réactions chimiques, proche de ce que l’on peut retrouver aujourd’hui dans la biochimie du vivant. Cette découverte vient de leur valoir une publication dans la prestigieuse revue Nature.

À partir de seulement deux petites biomolécules, dissoutes dans une eau riche en fer, un ensemble de biomolécules est formé en seulement quelques heures, sans aucune activité enzymatique. Ces récents résultats apportent aux des chercheurs de l’Institut de science et d’ingénierie supramoléculaires (Isis, CNRS/Unistras) de nouveaux indices dans la compréhension de l’évolution d’une chimie prébiotique vers la vie sur une terre primitive.

Comment un métabolisme biologique a été amorcé sur une Terre primitive ? Pourquoi les organismes utilisent les réactions et les voies métaboliques qu'ils utilisent ? Ces questions restent pour le moment sans réponse. Toutefois, des pistes sont à notre disposition : le vivant accumule des biomolécules qu’elle construit à partir du CO2 puis les décompose à nouveau en CO2. Ce processus complexe et dynamique est dirigé par seulement cinq métabolites, au centre de la biochimie. Ce réseau peut être comparés aux cinq plus grosses stations de métro de Paris. Elles sont connectées entre elles et permettent la connexion à l’ensemble du réseau parisien. Ce réseau central donne l’accès à une multitude de voies métaboliques et biomolécules. Dans les précédents articles du laboratoire de catalyse chimique, sous la direction là aussi de Joseph Moran, des indices sur la formation d’un réseau primitif incluant les cinq métabolites mentionnés plus tôt sont exposés. En effet, il a été démontré que des sels de fer et des métaux de transition en milieu aqueux, sans enzyme, favorisent la réalisation de deux anciennes voies de fixation du CO2. Cependant, les transformations biochimiques où la biologie actuelle utilise l’ATP, la monnaie énergétique de la vie, restent un problème.

Un réseau réactionnel complexe

Suite à de récentes études démontrant l’importance du glyoxylate dans le métabolisme, l’équipe a eu l’idée de l’intégrer dans ses études. Dans ce récent article, on y démontre que deux produits issus de la fixation du CO2, dont le glyoxylate, mélangés dans de l’eau chaude riche en Fe2+, donnent naissance à un réseau réactionnel qui se complexifie avec le temps, tout en se décomposant en CO2. Le système chimique « vivant » ainsi obtenu ressemble aux réactions anaboliques et cataboliques trouvées dans les organismes biologiques, à l’exception qu’aucune enzyme n’est nécessaire à son fonctionnement ! Le réseau contient neuf des onze intermédiaires trouvés dans le cycle biologique de Krebs (y compris les cinq métabolites décrits précédemment) et englobe sept de ses onze réactions. Il couvre également la majeure partie d'une autre voie biologique connue, le cycle du glyoxylate. Ce système conduit également à quatre acides aminés biologiques, par l’introduction d’hydroxylamine.

Très peu d’innovations sont nécessaires afin de rendre leur réseau réactionnel proto métabolique similaire à ce que la biologie utilise aujourd’hui. Est-il alors possible que ce réseau chimique favorisé par l'abondance géochimique du fer ait été un précurseur prébiotique de ces voies métaboliques reconnues comme les plus conservées par l'évolution ? Ces résultats proposent une explication sur la façon dont la complexité biomoléculaire a pu se mettre en place. De plus, comme le fait le vivant, ce système réussi à reproduire la synthèse et la dégradation de biomolécules qui crée un modèle dynamique.