– Prebio-Lipid

Les metalloenzymes possédant des clusters de métaux de transition-soufre au niveau de leur site actif jouent un rôle clé dans de nombreuses voies métaboliques impliquées dans des processus rédox ou de fixation du carbone. Leur simplicité et la diversité de leurs fonctions a conduit à envisager qu'ils aient une origine prébiotique et qu'ils puissent avoir joué un rôle dans les premières étapes de l'évolution chimique. Ainsi, les sources hydrothermales sous-marines ont été considérées comme des sites possibles où ces premières étapes ont pu avoir lieu. Les fluides émis au niveau de ces sources contiennent de nombreux sels minéraux (sulfures de Fe, Ni, Co) et gaz (H2S, CO2, CO, H2, COS) pour lesquels un rôle en chimie prébiotique a été postulé. Il s'agit là d'un domaine d'étude très actif comme le soulignent les nombreuses publications récentes, au niveau international, dans ce domaine. Notre projet sera consacré, dans ce cadre, à une problématique de chimie prébiotique négligée jusque là portant sur l'origine des lipides. Il s'agit d'une question clé puisque la possibilité de pouvoir former des compartiments est indissociable de l'émergence d'une vie cellulaire. C'est pourquoi, la découverte d'une voie prébiotique viable rendant compte de la formation de lipides permettrait de franchir une étape fondamentale dans les premières étapes de l'évolution chimique. En effet, les lipides amphiphiles peuvent conduire à la formation spontanée de micelles/vésicules capables d'encapsuler divers constituants organiques ou de catalyser de nombreuses réactions d'intérêt prébiotique par interaction hydrophobe. L'objectif principal de notre projet est d'évaluer le potentiel des conditions régnant au niveau des sources hydrothermales sous-marines et des sulfures de métaux de transition pour la formation de lipides fonctionnalisés à longue chaîne lipidique (idéalement >C10), précurseurs potentiels de constituants membranaires, au moyen d'expériences de laboratoire. Elles mettront en jeu les constituants des fluides émis par les évents hydrothermaux tels que H2S, des sulfures de métaux de transition ainsi que des sources de carbone en C1 telles CO2, CO et COS. Ce projet est basé sur une étude préliminaire réalisée très récemment au Laboratoire de Géochimie Bioorganique et qui a conduit à la découverte d'une voie itérative géochimiquement pertinente conduisant, en milieu aqueux et en présence de sulfures de Fe et Ni, de CO2/CO et H2S à des thiols, acides carboxyliques, thioacides et thioesters (limités à C4 pour l'instant). Plusieurs approches, pouvant conduire à la formation de composés lipidiques fonctionnalisés amphiphiles peuvent être envisagées. Elles devront être géochimiquement pertinentes et prendre en compte les facteurs principaux qui semblent avoir une influence déterminante sur les rendements, pour l'instant faibles, observés à chaque étape d'élongation dans la voie itérative de synthèse abiotique étudiée jusque là. Il est envisagé, notamment, d'améliorer les catalyseurs utilisés. Ainsi, la nature des sulfures de métaux de transition utilisés, leur phase minéralogique et leur surface spécifique vont déterminer leur efficacité. Ceci peut être réalisé, notamment, par dispersion du sulfure métallique utilisé à la surface d'autres minéraux (argiles, notamment) et en élargissant le jeu de sulfures métalliques utilisés, pour l'instant limité FeS et NiS, à d'autres sulfures tels que les sulfures de Cu, Zn, Mn, Co, Pb –geochimiquement pertinents- seuls ou en mélanges. Nous envisageons enfin d'améliorer les diverses étapes impliquées dans le processus d'élongation de chaîne et de limiter les réactions conduisant à des impasses (acides carboxyliques) moyennant des approches géochimiquement pertinentes impliquant, notamment, l'utilisation de polyphosphates comme réactifs additionnels. Ceci permettrait la phosphorylation des acides carboxyliques en phosphates d'acyles qui par réaction avec H2S ou des thiols, conduiraient aux thioacides/esters susceptibles d'entrer à nouveau dans processus d'élongation de chaîne. Des expériences seront également réalisées en présence d'amphiphiles simples (tels que des n-acides carboxyliques). L'environnement lipidique de micelles ou de bicouches lipidiques de vésicules est susceptible de favoriser plusieurs étapes impliquées dans le processus itératif d'élongation de chaîne en contribuant, par exemple à la protection des thioesters, intermédiaires clés, de leur hydrolyse en acides carboxyliques. Comme résultat principal, nous espérons mettre en évidence une voie prébiotique complète et géochimiquement pertinente à même rendre compte de la formation de lipides fonctionnalisés amphiphiles qui puissent assurer les fonctions principales de constituants membranaires à partir de sources de carbone en C1 en milieux aqueux. Notre objectif est aussi de comprendre les mécanismes chimiques mis en jeu qui pourront permettre de mettre en lumière de nouveaux aspects de chimie organique dans l'eau.