Une étude révèle des structures protéiques qui pourraient être responsables des origines de la vie

La question de savoir comment la vie a commencé à exister sur notre planète est une question à laquelle nous n’avons pas encore entièrement répondu, mais la science se rapproche tout le temps – et une nouvelle étude identifie les structures des protéines qui pourraient bien avoir provoqué cela.

Pour commencer, l’équipe à l’origine de l’étude a décidé de partir du principe que la vie telle que nous la connaissons dépend de la collecte et de l’utilisation de l’énergie. Dans la soupe primordiale de l’ancienne Terre, cette énergie serait très probablement venue du ciel, sous la forme d’un rayonnement du Soleil, ou du plus profond de la Terre elle-même, sous forme de chaleur s’infiltrant à travers les évents hydrothermaux au fond des mers anciennes.

Au niveau moléculaire, cette consommation d’énergie signifie la transfert d’électrons, le processus chimique fondamental qui implique un électron se déplaçant d’un atome ou d’une molécule à l’autre. Le transfert d’électrons est au cœur de réactions d’oxydoréduction (également appelées réactions redox) qui sont vitales pour certaines des fonctions de base de la vie.

Étant donné que les métaux sont les meilleurs éléments pour effectuer le transfert d’électrons et que les molécules complexes appelées protéines sont à l’origine de la plupart des processus biologiques, les chercheurs ont décidé de combiner les deux et de rechercher des protéines qui se lient aux métaux.

Une approche méthodique et informatique a été utilisée pour comparer les protéines de recherche de métaux, révélant certaines caractéristiques communes qui correspondaient à toutes – indépendamment de la fonctionnalité de la protéine, du métal auquel elle se lie ou de l’organisme impliqué.

« Nous avons vu que les noyaux de liaison aux métaux des protéines existantes sont en effet similaires, même si les protéines elles-mêmes ne le sont peut-être pas », dit la microbiologiste Yana Bromberg, de l’Université Rutgers-Nouveau-Brunswick dans le New Jersey.

« Nous avons également vu que ces noyaux de liaison aux métaux sont souvent constitués de sous-structures répétées, un peu comme des blocs Lego. Curieusement, ces blocs ont également été trouvés dans d’autres régions des protéines, pas seulement les noyaux de liaison aux métaux, et dans de nombreuses autres protéines. qui n’ont pas été pris en compte dans notre étude. »

Ces caractéristiques partagées pourraient bien avoir été présentes et fonctionner chez les chercheurs, suggèrent les chercheurs, évoluant au fil du temps pour devenir les protéines que nous voyons aujourd’hui – mais en conservant certaines structures communes les plus anciennes.

La pensée est que les métaux solubles dans l’océan archéen qui recouvrait la Terre il y a des milliers de millions d’années auraient pu être utilisés pour alimenter le brassage d’électrons nécessaire au transfert d’énergie et, par conséquent, à la vie biologique.

« Notre observation suggère que les réarrangements de ces petits éléments constitutifs peuvent avoir eu un seul ou un petit nombre d’ancêtres communs et donné naissance à toute la gamme de protéines et à leurs fonctions actuellement disponibles », dit Bromberg. « C’est-à-dire à la vie telle que nous la connaissons. »

En particulier, l’équipe a pu identifier les évolutions des replis protéiques – les formes adoptées par les protéines lorsqu’elles deviennent biologiquement actives – qui pourraient avoir produit les protéines que nous connaissons aujourd’hui, presque comme un projet d’arbre généalogique moléculaire.

L’étude conclut également que les peptides biologiquement fonctionnels, les versions plus petites des protéines, peuvent avoir précédé les premières protéines qui remontent à 3,8 milliards d’années. Tout cela ajoute à notre compréhension de la façon dont la vie a commencé.

Comme toujours, toute analyse des débuts de la vie sur Terre peut être importante pour rechercher la vie sur d’autres planètes également, où la vie pourrait commencer à évoluer (ou avoir déjà évolué) le long de voies biologiques similaires.

« Nous avons très peu d’informations sur la façon dont la vie est apparue sur cette planète, et notre travail apporte une explication auparavant indisponible », dit Bromberg. « Cette explication pourrait également potentiellement contribuer à notre recherche de vie sur d’autres planètes et corps planétaires.

« Notre découverte des blocs de construction structurels spécifiques est également peut-être pertinente pour les efforts de biologie synthétique, où les scientifiques visent à reconstruire des protéines spécifiquement actives. »

La recherche a été publiée dans Avancées scientifiques.