L'ADN traditionnel est composé de quatre paires de bases A, C, G et T. Mais le système génétique nouvellement créé est emballé en huit - deux fois plus que ce que l'on trouve normalement dans les molécules auto-réplicantes. Le nouveau système s'appelait "hachimoji", et ce qui est le plus intéressant - il peut ressembler aux éléments constitutifs de la vie extraterrestre, c'est-à-dire des extraterrestres. Une nouvelle étude publiée récemment dans Science décrit hachimoji, qui signifie «huit lettres» en japonais.
En plus des quatre paires de base, ce système génétique comporte quatre éléments constitutifs, qui augmentent considérablement la densité de l'information par rapport à l'ADN conventionnel. Les scientifiques soumettant le travail disent que le nouveau système peut être suffisamment robuste pour soutenir la vie - c'est-à-dire soutenir les processus nécessaires à l'auto-réplication darwinienne.
ADN extraterrestre de huit lettres
Indiquons tout de suite que hachimoji n'est pas un organisme autonome et autonome. Il s'agit plutôt d'un modèle de structure génétique alternative nécessaire pour maintenir une vie auto-reproductrice. Sur Terre, seuls l'ARN et l'ADN remplissent cette fonction, mais cela ne signifie pas que d'autres options dans l'espace ne peuvent exister. En fait, les astrobiologistes sont très intéressés par cette étude, car elle démontre un autre mécanisme possible à partir duquel la vie pourrait surgir, évoluer et devenir complexe.
Les auteurs de l'étude ne prétendent pas que l'hachimoji existe dans tout l'univers, mais ils estiment qu'il est possible de prendre et «d'imaginer des processus parallèles», a déclaré Andrew Ellington, co-auteur de la nouvelle recherche et biologiste synthétique à l'Université du Texas à Austin. «En analysant soigneusement les rôles de la forme, de la taille et de la structure dans l'ADN hachimoji, dans ce travail, nous élargissons notre compréhension des types de molécules qui pourraient stocker des informations sur la vie extraterrestre dans les mondes extraterrestres.
Dans l'ARN et l'ADN normaux, la combinaison de quatre paires de bases permet le stockage et la transmission d'informations génétiques. Ces quatre éléments constitutifs de l'ADN, ou nucléotides, sont composés d'adénine, de cytosine, de guanine et de thymine, ou simplement A, C, G et T. Dans l'ARN, T est remplacé par l'uracile (U). Les bases basiques codent pour les acides aminés, les éléments constitutifs fondamentaux des protéines.
Des recherches antérieures ont créé de l'ADN synthétique avec quatre lettres alternatives au total et un système avec deux paires de bases supplémentaires (six au total), mais dans la dernière étude, les scientifiques ont augmenté ce nombre à huit.
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Les quatre nouvelles lettres, P, B, Z et S, ont à peu près la même structure et fonctionnalité que l'ADN ordinaire, selon de nouvelles recherches; P et B ont une fonction de type purine, tandis que Z et S sont de type pyrimidine. Lors de tests, le système génétique a montré la capacité de stocker et de transmettre des informations, imitant essentiellement le comportement moléculaire de l'ADN ordinaire à quatre lettres. Surtout, hachimoji répond également aux exigences de Schrödinger, qui définissent le système darwinien d'évolution moléculaire (le même Schrödinger dont le chat n'est ni vivant ni mort). Schrödinger a décrit quatre exigences pour l'évolution: le stockage de l'information, la transmission, l'intégrité structurelle et une forme physique ou une structure discernable.
«L'ADN Hachimoji peut faire tout ce que l'ADN fait pour maintenir la vie. Il se couple de manière prévisible, et les règles dictent sa stabilité. L'ADN Hachimoji peut être copié pour créer de l'ARN Hachimoji, peut synthétiser des protéines directement. L'ARN Hachimoji peut avoir un phénotype sélectif (structure physique), et dans cette expérience, et une lueur verte fluorescente."
Laurie Haze, directrice par intérim de la Division des sciences planétaires de la NASA, a fait l'éloge de l'étude: "La découverte de la vie est un objectif de plus en plus important des missions scientifiques planétaires de la NASA, et ce nouveau travail aidera à développer des outils et des expériences efficaces qui élargiront notre recherche."
«Cette recherche est importante car l'ADN a toujours été considéré comme unique. Par exemple, l'ADN est le seul matériau avec lequel nous pouvons concevoir des séquences avec une stabilité prévisible », explique Floyd Romesberg, généticien au Scripps Institute et auteur d'une étude avec six paires synthétiques. «Et comme Steve Benner l'a montré, ses quatre nouvelles lettres remplissent également tous les aspects de cette stabilité prévisible. Bien qu'il y ait eu des indices selon lesquels des choses autres que les quatre lettres naturelles de l'ADN peuvent avoir cette propriété, ce travail le démontre vraiment pour la première fois.
Romesberg dit également qu'une application importante de l'alphabet à huit lettres réside dans le contrôle des associations moléculaires, c'est-à-dire la capacité de programmer la configuration des nucléotides. L'alphabet à huit lettres, a-t-il dit, est intrinsèquement plus spécifique que l'alphabet à quatre lettres.
«Cependant, cela ne servira à rien si la stabilité de l'alphabet à huit lettres n'est pas prévisible ou programmable», déclare Romesberg. «En démontrant cela, Steve a découvert de nouvelles applications susceptibles d'apparaître prochainement dans son laboratoire».
Les résultats du travail peuvent non seulement entraîner des conséquences astrobiologiques, mais aussi laisser une marque dans le monde réel - par exemple, améliorer les équipements de diagnostic, la surveillance environnementale (comme la détection de virus dangereux), conduire à l'émergence de stockage alternatif d'informations, de protéines avec des acides aminés ajoutés et de nouveaux médicaments innovants …
Ilya Khel
