Il y a environ 4 milliards d’années, un mélange de composés organiques complexes est passé du stade de simple carbone, à une biochimie répliquée : les premiers pas vers la vie sur Terre. L’ordre précis des étapes qui ont mené à la première forme de vie sur Terre, a été une source de débat durant de nombreuses décennies. Mais à présent, une récente découverte concernant une structure protéique commune, pourrait aider à équilibrer la balance, nous permettant de mieux comprendre comment la vie s’est créée dans un premier temps.

Des chercheurs de l’Eidgenössische Technische Hochschule (ETH) à Zurich (Suisse), ont démontré que de courts brins de structures de protéines amyloïdes, peuvent diriger la sélection d’acides aminés pour générer encore plus d’amyloïdes.

Les amyloïdes sont une structure protéique, découverte à de nombreuses reprises dans la nature par les scientifiques. L’une des raisons pour lesquelles elle est si commune, est que l’amyloïde possède un élément spécial appelé feuillet β plissé, qui lui permet littéralement de se coller à de fines et longues structures, appelées fibrilles.

Peut-être avez-vous entendu parler de ces amyloïdes au sujet de la maladie d’Alzheimer : cette « adhérence » peut parfois provoquer l’accumulation de plaques bêta-amyloïdes dans le cerveau, entrainant une dégénérescence du tissu neural.

Cette tendance à s’accumuler et à provoquer des maladies, a longtemps conduit les scientifiques à considérer les amyloïdes comme étant une aberration biologique. Mais à présent, il semblerait que les talents de l’amyloïde aient contribué à la création de la vie elle-même, il y a des milliards d’années.

Il y a seulement deux ans, l’équipe de l’EPF a découvert que les peptides (des chaînes d’acides aminés, plus courts qu’une protéine typique) – et dans ce cas faisant seulement 5 à 14 unités de longueur -, pouvaient spontanément former des structures amyloïdes en présence de sulfure de carbonyle. Il a déjà été démontré auparavant que les fibres d’amyloïdes agissent comme des catalyseurs enzymatiques, incitant les scientifiques à se demander si leur formation a joué un rôle en aidant d’autres composés organiques à se réunir, avant que les cellules-mêmes n’existent.

Lors de cette étude, les chercheurs amènent leur hypothèse encore plus loin, en examinant si les séquences amyloïdes pourraient également catalyser la construction d’autres peptides. L’équipe a alors conçu des séquences d’amyloïdes pour qu’elles agissent comme l’équivalent de brins d’amorce d’ADN, et les a mélangés avec d’autres acides aminés ainsi qu’avec quelques produits chimiques auxiliaires.

En comparant les séquences peptidiques qui ont abouti à ces mélanges avec les séquences qui manquaient de structures amyloïdes « amorces » conçues, les chercheurs ont découvert qu’il y avait un énorme avantage à avoir là ces amyloïdes : « Cette capacité s’applique potentiellement aussi à l’amyloïde, ce qui signifie que les molécules peuvent s’auto-répliquer », explique le chimiste Roland Riek.

La vie est si spéciale, notamment grâce à sa capacité à faire des copies imparfaites d’elle-même. En effet, produire suffisamment de copies offre la possibilité que ces dernières effectuent potentiellement un meilleur travail de réplication lors du prochain processus. Si nous remontons dans le temps, nous finissons indéniablement par aboutir à une question délicate : Est-ce que la forme de vie la plus simple était-elle basée à l’origine sur la réplication des brins d’acide nucléique (comme c’est le cas aujourd’hui), ou était-ce à la base sur la réplication de fragments de protéines ? À savoir que les deux bénéficient de catalyseurs, des composés qui aident à accélérer l’ensemble du processus.

Les partisans de l’hypothèse du « monde ARN » indiquent que les propriétés physiques de l’ARN agiraient comme catalyseur d’origine, en construisant de meilleures séquences de nucléotides, en utilisant de véritables machines à ARN jusqu’à ce que les acides aminés puissent être recrutés plus tard.

Nous savons que des bases semblables à l’ARN existaient il y a environ 4 milliards d’années. Mais les scientifiques se sont posés des questions quant à la disponibilité d’autres éléments clés nécessaires à la construction des molécules, conduisant d’autres chercheurs à se poser des questions supplémentaires, et suggérant que la solution pourrait se trouver ailleurs.

En effet, selon certains scientifiques, les fragments de protéines pouvant se répliquer eux-mêmes, auraient ouvert la voie à la chimie des nucléotides. « De plus, les amyloïdes sont beaucoup plus stables que les premiers polymères d’acides nucléiques, et ils ont une voie de synthèse abiotique beaucoup plus simple par rapport à la complexité des ARN catalytiques connus », explique le chercheur Jason Greenwald.

Mais il faut bien entendu garder à l’esprit que lors de cette expérience, il s’agissait de conditions de laboratoire très contrôlées. Cependant, le principe représente de courtes séquences peptidiques en forme d’amyloïdes, pour accélérer la génération de séquences d’acides aminés similaires. Comprendre les origines de la vie au niveau chimique est loin d’être une chose aisée. En effet, les processus métaboliques, la génération de l’ARN et la réplication de l’amyloïde ont tous pu rivaliser, s’affronter et se mélanger à l’époque, pour finalement former la toute première forme de vie, lors d’une danse biochimique primitive. « Nous ne serons jamais capables de prouver ce qui est réellement vrai. Mais nous suspectons que ce n’est pas l’œuvre d’un, mais de plusieurs processus moléculaires avec des prédécesseurs variés et impliqués dans la création de la vie ».

Sources : Nature Communications, ETH Zürich

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