Coopération moléculaire au seuil de la vie

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Les amyloïdes sont des agrégats ressemblant à des protéines, qui forment souvent
Les amyloïdes sont des agrégats ressemblant à des protéines, qui forment souvent des fibres (représentation artistique). (Graphique : Science Photo Library / Alfred Pasieka)
Des agrégats semblables à des protéines - appelés amyloïdes - peuvent se lier à des molécules du patrimoine génétique. Il est possible que ces deux types de molécules se soient ainsi mutuellement stabilisés lors de l’apparition de la vie - et peut-être même qu’ils aient préparé la voie au code génétique.

L’une des grandes questions de la science est de savoir comment les organismes se forment à partir de la matière inanimée. Il existe certes de nombreuses approches explicatives, mais pas de réponses définitives. Ce n’est pas étonnant : ces processus se sont déroulés il y a trois à quatre milliards d’années, à une époque où les conditions qui régnaient sur la Terre étaient totalement différentes de celles d’aujourd’hui.

Fonder les hypothèses sur des données expérimentales

"Au cours de cette immense période, l’évolution a profondément brouillé les pistes qui mènent aux origines de la vie", explique Roland Riek, professeur de chimie physique et membre de l’équipe de direction du nouveau "Centre for Origin and Prevalence of Life" interdisciplinaire de l’ETH Zurich. La science n’a d’autre choix que d’émettre des hypothèses - et de les justifier autant que possible par des données expérimentales.

Riek et son équipe poursuivent depuis des années l’idée que des agrégats de type protéique - appelés amyloïdes - ont pu jouer un rôle important dans la transition entre la chimie et la biologie. Le groupe de recherche de Riek a tout d’abord démontré que de tels amyloïdes pouvaient se former relativement facilement dans des conditions telles que celles qui devaient prévaloir sur la Terre primitive : En laboratoire, il suffit d’un peu de gaz volcanique (ainsi que de compétences expérimentales et de beaucoup de patience) pour que des acides aminés simples se lient en courtes chaînes peptidiques, qui s’assemblent ensuite spontanément en fibres (voir page externe call_made ).

Molécules précurseurs de la vie

Plus tard, l’équipe de Riek a démontré que les amyloïdes peuvent se multiplier eux-mêmes (voir ) - ce qui fait que ces molécules remplissent un autre critère décisif pour être considérées comme des molécules précurseurs de la vie. Ils montrent que les amyloïdes sont capables de se lier aux molécules du patrimoine génétique que sont l’ARN et l’ADN.

Ces interactions reposent en partie sur l’attraction électrostatique, car certains amyloïdes sont - au moins par endroits - chargés positivement, tandis que la substance héréditaire est chargée négativement, du moins dans un environnement neutre ou légèrement acide. Mais Riek et son équipe ont en outre remarqué que les interactions dépendent aussi de la succession des éléments constitutifs de l’ARN et de l’ADN dans le matériel génétique. Et pourraient donc constituer une sorte de précurseur du code génétique universel qui unit tous les êtres vivants.

Une stabilité accrue, un grand avantage

Toutefois, "nous voyons certes des différences dans la liaison des molécules d’ARN et d’ADN aux amyloïdes, mais nous ne comprenons pas encore ce que ces différences signifient", explique Riek. "Notre modèle est probablement encore trop simple". Pour lui, les résultats sont donc surtout importants pour une autre raison : lorsque le matériel génétique se fixe sur les amyloïdes, les deux molécules gagnent mutuellement en stabilité. Dans la préhistoire, cette stabilité accrue a dû s’avérer être un grand avantage.

En effet, dans ce que l’on appelait alors la soupe primitive, les molécules biochimiques étaient très diluées. En comparaison, dans les cellules biologiques actuelles, ces molécules sont densément empilées les unes sur les autres. "Il est prouvé que les amyloïdes ont le potentiel d’augmenter la concentration locale et l’ordre des éléments constitutifs de l’ARN et de l’ADN dans un système autrement dilué et désordonné", écrivent les chercheurs de Riek dans leur article récemment publié.

Dans l’entretien, le professeur de l’EPFZ fait remarquer que si la théorie de l’évolution de Darwin met l’accent sur la lutte concurrentielle, la coopération a également joué un rôle important dans l’évolution. L’interaction stabilisatrice entre les amyloïdes et les molécules d’ARN ou d’ADN profite aux deux classes de molécules, car les molécules à longue durée de vie s’accumulent davantage au fil du temps que les substances instables. Ainsi, lors de l’apparition de la vie, la coopération moléculaire a peut-être même été plus déterminante que la concurrence. "Car à l’époque, il y avait sans doute plus de place et de ressources qu’il n’en fallait", explique Riek.
Ori Schipper