Pre-evolutionary dynamics in autocatalytic RNA networks

Dynamique pré-évolutive des réseaux ARN autocatalytiques Les réseaux de molécules interdépendantes sont depuis quelque temps considérés comme de potentiels candidats pour avoir amorcé la transition de la biologie à la chimie. Bien qu'ils aient été intensivement examinés en théorie, il n'existe toujours aucune preuve expérimentale pour confirmer ou infirmer leur supposé rôle crucial dans les origines de la vie. En particulier, il nous manque encore une démonstration empirique des trois ingrédients habituellement présentés comme requis pour l'évolution darwinienne: l'hérédité, la variation et la sélection. Un système qui posséderait les trois tout en étant couplé à un processus de réplication en compartiments serait théoriquement capable d’évoluer au sens darwinien du terme. Par exemple, cela a été montré théoriquement pour les Ensembles Collectivement Autocatalytiques (CAS pour Collectively Aucatalytic Sets en anglais) où chaque molécule de l'ensemble est formée catalytiquement par un autre membre de l'ensemble. Ici, nous utilisons le système de ribozyme Azoarcus, qui catalysent des réactions de recombinaisons, pour former expérimentalement des CASs structurellement divers afin d’explorer leurs propriétés évolutives. Dans ce système, les ribozymes peuvent catalyser la formation d'autres ribozymes à partir de fragments plus petits, présents dans l'environnement. Nous utilisons un dispositif de microfluidique en gouttes associé au séquençage haut-débit pour mener une étude à grande échelle sur des milliers de CASs Azoarcus. Nous développons une approche perturbative pour identifier les paramètres topologiques importants contrôlant les variations observées dans les CAS à la suite de perturbations de l’environnement, ici l'ajout d'une nouvelle espèce. Nous déterminons ensuite l’ensemble restreint de caractéristiques du réseau régissant la mémoire des conditions initiales dans les CASs Azoarcus, un prérequis pour l'hérédité, en utilisant un modèle théorique validé par des données expérimentales. Enfin, nous démontrons qu’il existe dans les CASs Azoarcus des processus cataboliques qui les rendent robustes aux perturbations des fragments qui composent leur substrat et donc plus pertinent d’un point de vue prébiotique. Ces résultats démontrent le rôle crucial des CASs à base d’ARN dans les origines de la vie et illustrent comment la structure de leur réseau peut être adaptée pour obtenir des CASs avec des propriétés intéressantes d’un point de vue évolutif, ouvrant la voie à une démonstration expérimentale de l'évolution darwinienne avec système purement moléculaire.