En utilisant des protocellules, les chercheurs visent à mieux comprendre comment des cellules vivantes ont pu émerger d'une soupe de molécules.
Nous savons que les cellules vivantes - le type qui peut se répliquer et évoluer en organismes - ont émergé d'une soupe de molécules simples. Comment ils ont pu le faire, cependant, reste l'un des plus grands mystères de la science.
"Une question fondamentale qui a tourmenté la chimie et la biologie est de savoir comment une protocellule auto-répliquante pourrait être formée à partir d'un mélange de molécules", explique Evan Spruijt, professeur agrégé de chimie organique physique à l'Université Radboud . Avec le soutien du projet PEPREP financé par l'UE, Spruijt et Manzar Abbas, boursier Marie Skłodowska-Curie, travaillent pour aider à résoudre ce mystère. Pour ce faire, ils développent des protocellules, des compartiments de type cellulaire qui peuvent être fabriqués à partir de molécules simples et qui peuvent imiter une ou plusieurs propriétés clés des cellules vivantes. "En développant ces protocellules, nous espérons mieux comprendre ce qui est nécessaire pour créer une cellule vivante à partir d'une soupe de molécules", explique Abbas.
Une nouvelle découverte passionnante
Alors que d'autres chercheurs ont tenté de développer des protocellules, ils l'ont fait en utilisant des molécules relativement grandes et complexes, qui n'avaient probablement pas existé à l'origine de la vie. Au lieu de cela, ce projet a décidé d'utiliser des peptides, une courte chaîne d'acides aminés.
"Nous avons choisi les peptides parce qu'ils sont simples et parce qu'ils sont l'un des éléments centraux des cellules modernes", note Spruijt. "En ajustant les détails moléculaires de ces peptides, nous espérions les amener à se répliquer via une réaction chimique, aboutissant finalement à une protocellule de réplication."
Bien que les chercheurs n'aient pas réussi à faire en sorte que les peptides s'auto-répliquent, leurs efforts ont mené à une nouvelle découverte passionnante. "On sait que les gouttelettes de coacervation, les gouttelettes liquides que forment les molécules à base de peptides, peuvent absorber et concentrer une large gamme d'autres molécules pertinentes,", dit Abbas. "Ce que nous avons découvert, c'est que cette séquestration, combinée à l'environnement chimique unique à l'intérieur des gouttelettes, peut conduire à des réactions chimiques améliorées."
Selon Spruijt, c'est la première fois qu'un tel effet catalytique est démontré. "Si un tel compartiment semblable à une cellule peut se former spontanément et catalyser d'importantes réactions chimiques, cela pourrait donner au compartiment et au peptide qui le forme un avantage évolutif - peut-être un avantage qui peut aider à expliquer comment les protocellules auto-réplicantes se sont formées", ajoute-t-il.
Un pas de plus...
Même si Spruijt et Abbas n'ont pas réussi à faire en sorte que les peptides s'auto-répliquent, ils ont réussi à créer des protocellules à partir d'un nouveau type de molécule à base de peptides. "Notre conception est l'une des molécules les plus simples capables de subir une séparation de phase liquide-liquide en petites gouttelettes, qui agissent comme des compartiments de type cellulaire", remarque Abbas. "Ainsi, cette conception nous rapproche un peu plus de la compréhension de l'émergence des cellules à l'origine de la vie." Les résultats du projet ont été publiés dans plusieurs revues scientifiques de premier plan, dont "Nature Chemistry" .