La discipline de la chimie des systèmes traite de l’analyse et de la synthèse de divers systèmes autocatalytiques et est donc étroitement liée à l’étude de l’origine de la vie, puisqu’elle étudie des systèmes qui peuvent être considérés comme une transition entre l’évolution chimique et biologique : plus complexe que simple molécules, mais plus simples que les cellules vivantes.
Tibor Gánti a décrit la théorie des microsphères auto-répliquantes dès 1978. Celles-ci manquaient encore de matériel génétique, mais dissimulaient dans leurs membranes un réseau métabolique autocatalytique de petites molécules, isolées (compartimentées) dans leurs membranes.
Au fur et à mesure que le processus autocatalytique se déroule, le matériau de construction de la membrane est également produit, conduisant à la division de la sphère. Ce système peut apparaître comme une cellule vivante, et bien qu’il manque de matériel génétique, cela ne peut être vérifié qu’expérimentalement. Ces microsphères peuvent être considérées comme des systèmes chimiques « infrabiologiques », car elles n’atteignent pas le niveau d’organisation biologique, mais elles dépassent la complexité des réactions chimiques normales.
Il y a des années, nous avons commencé à réfléchir à la possibilité de réaliser expérimentalement le processus par lequel la croissance d’un réseau métabolique de petites molécules conduit à la croissance des compartiments qui renferment le réseau, à l’effet qu’ils peuvent se diviser. Tibor Gánti a déjà identifié l’un des candidats les plus prometteurs pour ce système comme la réaction formose, une réaction autocatalytique de production de sucre qui consomme du formaldéhyde et implique la transformation circulaire et la propagation de molécules de glycolaldéhyde. La réaction ne nécessite pas d’enzymes.
L’étude a été réalisée dans le laboratoire de biochimie de l’École Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles (ESPCI) à Paris par le professeur Andrew Griffiths et ses collègues. L’expérience consistait à créer de minuscules gouttelettes d’eau dans un milieu huileux qui ne fusionnaient pas et agissaient donc comme des cellules artificielles. Le travail est publié dans la revue Chimie naturelle.
Certaines des « cellules » ont reçu du glycolaldéhyde comme autocatalyseur (en plus du formaldéhyde comme nutriment), d’autres non. Dans le premier groupe, la réaction formose a été déclenchée et, par osmose, elle a aspiré l’eau des compartiments qui ne contenaient pas de glycolaldéhyde. Cela leur a permis de grandir et de se diviser sous l’influence extérieure. De nombreux chercheurs ont suggéré qu’avant l’émergence de la division cellulaire régulée, les cellules initiales se divisaient en réponse à des influences externes telles qu’un flux turbulent.
L’intérêt de cette étude est que nous sommes les premiers au monde à montrer que le fonctionnement d’un réseau de réactions autocatalytiques de petites molécules, sans matériel génétique ni enzymes, conduit à la croissance et à la division de compartiments, c’est-à-dire à la formation de nouveaux générations.
Cela n’a jamais été démontré auparavant, le résultat est donc fondamental pour la vérification expérimentale des principes de la chimie des systèmes et montre la voie à suivre dans l’étude de l’origine de la vie.
Plus d’information:
Heng Lu et al, L’autocatalyse à petites molécules entraîne la croissance, la compétition et la reproduction des compartiments, Chimie naturelle (2023). DOI : 10.1038/s41557-023-01276-0
Fourni par Ökológiai Kutatóközpont