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Décryptage: une nouvelle forme de vie basée sur l’arsenic?

Par | Catégorie: Actualité, Décryptage, Evolution | Le 03 déc 2010

La nouvelle a fait le tour du monde et des médias. Hier, la NASA a annoncé au cours d’une conférence de presse, qu’une étude financée par ses soins et publiée aujourd’hui dans Science Express (accès payant) avait permis la découverte d’une bactérie dont la chimie se base sur de l’arsenic en lieu et place de l’habituel phosphore, chose qui n’avait jamais été observée jusqu’à maintenant. En quoi cette découverte est elle importante? Que signifie-t’elle réellement? A-t’on réellement découvert une nouvelle forme de vie ou un ADN « alien » comme le claironnent certains médias? Biopsci vous propose un décryptage.

Phophore, phosphate, arsenic et arsenate.

Bactérie GFAJ-1La bactérie GFAJ-1

Si vous ouvrez un livre d’enseignement de biologie il y a de fortes chances que vous y lisiez ceci ou quelque chose de similaire: « La vie se base sur la chimie de plusieurs atomes essentiels que l’on retrouve dans toutes les molécules indispensables de l’ADN aux protéines en passant par des molécules énergétiques telles que l’ATP. Ces atomes sont le carbone (C), l’hydrogène (H), l’azote (N), l’oxygène (O), le phosphore (P) et le soufre (S) regroupés sous l’appellation CHNOPS ».
Le phosphore est donc l’un de ces éléments de base de la vie et il est généralement présent dans la cellule sous la forme d’une groupement phosphate noté PO4.
Mais la publication de cette étude menée par Felisa Wolfe-Simon pourrait bien amener à une révision de ce dogme. En effet, l’équipe de scientifiques a prélevé des bactéries dans le lac Mono en Californie, lac réputé par son hypersalinité et sa haute teneur en Arsenic. Et l’une de ces bactéries, appellée GFAJ-1 dispose d’une propriété des plus fascinantes: elle peut croître en présence d’arsenic (As) mais surtout en absence (quasi) totale de phosphore.

Pour le grand public, l’arsenic est souvent considéré, et à raison, comme un puissant poison. Cette toxicité est due à sa grande ressemblance avec l’atome de phosphore. Dans nos cellules, l’arsenic, en raison de cette similarité, peut facilement prendre la place du phosphore et crée des groupements arsenate AsO4, similaires aux groupements phosphate PO4. Cet arsenate est alors intégré dans le métabolisme de la cellule. Mais le problème est que l’arsenic dispose de propriétés chimiques différentes de celle du phospore ce qui amène alors le métabolisme cellulaire à s’arrêter, n’arrivant plus à gérer ces composants comportant de l’arsenic.
La bactérie GFAJ-1 ne connait donc pas de tels problèmes. Tout d’abord, elle pousse très bien dans un milieu contenant du phosphore et s’y comporte alors comme une bactérie des plus normales. Mais, lorsque ce phosphore est réduit à un seuil ne permettant pas le développement de la vie et qu’il est remplacé par de l’arsenic, la bactérie pousse toujours! Moins rapidement qu’auparavant certes, mais elle survit sans problème, paraissant pouvoir substituer aisément l’arsenic au phosphore quand nécessaire. Comme je vous l’ai dit, ce phosphore est présent partout, dans les protéines, la membrane cellulaire, les lipides, mais aussi l’ADN. Les chercheurs ont alors regardé si GFAJ-1 avait effectivement incorporé de l’arsenic dans son ADN en lieu et place du phosphore et c’était bel et bien le cas; l’arsenic est présent dans l’ADN mais aussi des protéines et des lipides.

Adieu donc le dogme stipulant que la vie sur terre repose sur la chimie du fameux CHNOPS. GFAJ-1 nous démontre qu’une alternative existe et que le CHNOPS peut très bien se transformer en CHNOAsS (ce qui sonne bien moins bien je vous l’accorde).

ADN et exobiologie

En quoi cela est il important? Jusqu’à preuve du contraire, aucune loi n’empêche les bactéries d’incorporer de l’arsenic dans leur ADN non?
Rappelez vous, cette étude a été financée par la NASA qui débloque des fonds importants pour l’étude de l’exobiologie (ou astrobiologie chez nos amis anglo-saxons). Cette discipline étudie l’origine de la vie sur terre et, par extension, les conditions qui seraient nécessaires à l’apparition de la vie ailleurs dans l’univers. Et l’une des grandes questions de l’exobiologie mais aussi de la biologie en général est: la vie ne peut elle exister que de la manière que l’on connait (basée sur la chimie du carbone et l’ADN notamment) ou bien existe-t’il des alternatives?
Cette étude nous montre donc que des alternatives existent bel et bien. Y compris sur notre terre, nous pouvons trouver des organismes qui peuvent reposer sur une chimie légèrement différente des autres expèces vivantes. La vie semble donc pouvoir se développer de manière différente, du moins sans phosphore, et cela ouvre la voie à d’autres découvertes comme une hypothétique mais moins vraisemblable biochimie du silicium à la place du carbone.

Finalement, comme souvent en sciences, cette découverte nous donne bien plus de questions que de réponses. En effet, comment la machinerie cellulaire prend en charge cet ADN contenant de l’arsenic? Si les mécanismes permettant de répliquer et transcrire de l’ADN sont partiellement connus pour les systèmes classiques, il n’est nullement su si ils pourraient aussi fonctionner avec cet ADN d’un nouveau genre. Et si ce n’est pas le cas, comment fait cette bactérie pour accomplir ces fonctions vitales? Une autre question est celle de l’ATP (Adénosine TriPhosphate), l’une des molécules centrales du métabolisme énergétique qui contient, comme son nom l’indique, trois groupements phospate. En existe-t’il un équivalent incluant des groupements arsenate? Et si oui, intervient il de la même manière dans les différentes réactions chimiques le nécessitant que son équivalent phosphaté?
Mais surtout, la plus grande question ouverte reste de savoir si cette bactérie a la même origine évolutive que les autres bactéries mais aussi espèces vivantes connues.

Une nouvelle forme de vie?

Pour répondre à cette question il faut d’abord effectuer quelques rappels. Le dogme actuel stipule que tous les êtres vivants sur terre proviennent d’un même ancêtre commun dénommé LUCA (pour Last Universal Common Ancestor) qui, suite à d’innombrables évènements de spéciation a donné naissance aux multitudes d’espèces actuelles et passées. GFAJ-1 est elle aussi un descendant de LUCA ou existe-t’il une seconde origine distincte de la vie sur terre?

D’un point de vue personnel, il est plus probable que cette capacité à intégrer de l’arsenic dans son ADN soit le fruit d’une adaptation inédite à un environnement hostile que la démonstration de l’existence d’une forme de vie d’origine différente.
Premièrement, cette bactérie pousse très bien, et même mieux, en présence de phosphore et semble donc disposer du même métabolisme de base que les autres bactéries. Sa plus faible croissance en présence exclusive d’arsenic pourrait indiquer que le métabolisme cellulaire « par défaut » ou une voie parrallèle spécifique à la bactérie fonctionne aussi lorsque l’arsenic remplace le phosphore mais de manière moins efficace en raison de certains différences chimiques existant entre ces deux atomes.
Ensuite, cette bactérie a énormément de similarités avec d’autres bactéries. Le séquençage de son ribosome 16S montre de fortes similarités avec des gammaprotéobactéries, indiquant qu’elles pourraient être de proches parents et donc avoir une origine commune.
Enfin, cette bactérie vit dans un milieu anormalement riche en arsenic. D’autres bactéries ont montré qu’elles étaient capables de vivre dans de telles conditions, normalement létales. Celle ci en est également capable et va même juqu’à pouvoir survivre en absence de quantité suffisante de phosphore. Il pourrait donc simplement d’agir d’une adaptation de GFAJ-1 à ce milieu particulier tout comme certains micro-organismes se sont adaptés à des milieux riches en sels ou extrêmement chauds.
Cela n’élimine évidemment pas l’hypothèse d’une seconde origine de la vie sur terre mais la rend, à mes yeux, bien moins probable.

En conclusion

Cette découverte reste donc fondamentale et réellement excitante tout comme elle bouscule les dogmes de la chimie du vivant. Elle fera sans doute date dans l’histoire des sciences et amènera certainement les scientifiques à prendre cette découverte en considération lors de futures recherches. Peut être découvrera-t’on alors d’autres bactéries aux propriétés semblables ou même encore plus étonnantes. Et peut être comprendra-t’on comment ces voies inexplorées du métabolisme cellulaires fonctionnent.
En tout cas, à partir de maintenant, il faudra garder en mémoire que la vie peut se baser sur une chimie légèrement différente de la nôtre. Sur notre terre ou ailleurs dans l’univers

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3 commentaires »

  1. Une découverte au final pas si top que ça mais ils sont bons en communication les malins!

  2. [...] récente (ici et ici) de l’affaire de la bactérie à l’arsenic (voir ici, ici et ici pour quelques rapports de blog sur la découverte à l’époque, ici pour ma réaction), dans [...]

  3. [...] plus intransigeants sur la qualité des analyses effectuées (malgré quelques couacs comme les bactéries à l’arsenic). Mais peut être les auteurs préféraient viser les médias grand public plutôt que la crème [...]

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