En simulant les premières disorders de la Terre en laboratoire, les chercheurs ont découvert que sans acides aminés spécifiques, les protéines anciennes n’auraient pas su évoluer en tout ce qui est vivant sur la planète aujourd’hui, y compris les plantes, les animaux et les humains.
Les découvertes, qui détaillent comment les acides aminés ont façonné le code génétique d’anciens micro-organismes, éclairent le mystère de la façon dont la vie a commencé sur Terre.
“Vous voyez les mêmes acides aminés dans chaque organisme, des humains aux bactéries en passant par les archées, et c’est parce que toutes les choses sur Terre sont connectées à travers cet arbre de vie qui a une origine, un organisme qui était l’ancêtre de tous les êtres vivants”, a déclaré Stephen Fried, un chimiste de Johns Hopkins qui a co-dirigé la recherche avec des scientifiques de l’Université Charles en République tchèque. “Nous décrivons les événements qui ont façonné pourquoi cet ancêtre a obtenu les acides aminés qu’il a obtenus.”
Les résultats viennent d’être publiés dans le Journal of the American Chemical Society.
En laboratoire, les chercheurs ont imité la synthèse des protéines primordiales d’il y a 4 milliards d’années en utilisant un ensemble alternatif d’acides aminés qui étaient très abondants avant l’apparition de la vie sur Terre.
Ils ont découvert que d’anciens composés organiques intégraient les acides aminés les mieux adaptés au repliement des protéines dans leur biochimie. En d’autres termes, la vie a prospéré sur Terre non seulement parce que certains acides aminés étaient disponibles et faciles à fabriquer dans les habitats anciens, mais parce que certains d’entre eux étaient particulièrement efficaces pour aider les protéines à adopter des formes spécifiques pour remplir des fonctions cruciales.
“Le repliement des protéines nous permettait essentiellement de faire de l’évolution avant même qu’il y ait de la vie sur notre planète”, a déclaré Fried. “Vous pourriez avoir une évolution avant d’avoir la biologie, vous pourriez avoir une sélection naturelle pour les produits chimiques utiles à la vie avant même qu’il y ait de l’ADN.”
Même si la Terre primordiale avait des centaines d’acides aminés, tous les êtres vivants utilisent les mêmes 20 de ces composés. Fried qualifie ces composés de “canoniques”. Mais la science a eu du mal à identifier ce qui est si spécial – le cas échéant – à propos de ces 20 acides aminés.
Au cours de son leading milliard d’années, l’atmosphère terrestre était composée d’un assortiment de gaz comme l’ammoniac et le dioxyde de carbone qui réagissaient avec des niveaux élevés de rayonnement ultraviolet pour concocter certains des acides aminés canoniques les additionally simples. D’autres sont arrivés via une livraison spéciale par météorites, qui a introduit un sac mélangé d’ingrédients qui ont aidé la vie sur Terre à compléter un ensemble de 10 acides aminés “précoces”.
Comment le reste est-il devenu une dilemma ouverte à laquelle l’équipe de Fried tente de répondre avec la nouvelle recherche, en particulier parce que ces roches spatiales ont apporté bien moreover que les acides aminés “modernes”.
“Nous essayons de découvrir ce qui était si spécial à propos de nos acides aminés canoniques”, a déclaré Fried. « Ont-ils été sélectionnés pour une raison particulière ?
Les scientifiques estiment que la Terre a 4,6 milliards d’années et que l’ADN, les protéines et d’autres molécules n’ont commencé à former des organismes simples qu’il y a 3,8 milliards d’années. La nouvelle recherche offre de nouveaux indices sur le mystère de ce qui s’est passé entre les deux.
“Pour avoir une évolution au sens darwinien, vous devez disposer de toute cette manière sophistiquée de transformer des molécules génétiques comme l’ADN et l’ARN en protéines. Mais la réplication de l’ADN nécessite également des protéines, nous avons donc un problème de poule et d’œuf”, a déclaré Fried. “Nos recherches montrent que la nature aurait pu sélectionner des blocs de building aux propriétés utiles avant l’évolution darwinienne.”
Les scientifiques ont repéré des acides aminés dans des astéroïdes éloignés de la Terre, suggérant que ces composés sont omniprésents dans d’autres cash de l’univers. C’est pourquoi Fried pense que la nouvelle recherche pourrait également avoir des implications sur la possibilité de trouver la vie au-delà de la Terre.
“L’univers semble aimer les acides aminés”, a déclaré Fried. “Peut-être que si nous trouvions de la vie sur une autre planète, ce ne serait pas si différent.”
Cette recherche est soutenue par la subvention du Human Frontier Science Program HFSP-RGY0074/2019 et le New Innovator Award du directeur des NIH (DP2-GM140926).
Les auteurs incluent Anneliese M. Faustino, de Johns Hopkins Mikhail Makarov, Alma C. Sanchez Rocha, Ivan Cherepashuk, Robin Krystufek et Klara Hlouchova, de l’Université Charles Volha Dzmitruk, Tatsiana Charnavets et Michal Lebl, de l’Académie tchèque des sciences et Kosuke Fujishima, de l’Institut de technologie de Tokyo.