Offres pourvues — Deux stages de M2 sont proposés au Laboratoire d’Archéologie Moléculaire et Structurale (LAMS, UMR8220) à Paris :
« Infobricks » – À l’origine de l’information moléculaire – fabriquer l’ARN sans cellules vivantes
(English version on request)
Laboratoire d’accueil : Laboratoire d’Archéologie Moléculaire et Structurale (LAMS, UMR8220)
Adresse : Boite courrier 225, Sorbonne Université, 4 Place Jussieu 75252 Paris CEDEX 05
Responsable du stage (encadrant) : Jean-François Lambert avec Sandra Alves (laboratoire IPCM, sandra.alves@sorbonne-universite.fr) et Marie-Christine Maurel (ISyEB, marie-christine.maurel@sorbonne-universite.fr)
Tél : 01 44 27 42 00
E-mail : jean-francois.lambert@sorbonne-universite.fr
Période de stage : février-juin 2024
Description du projet
L’ARN est une des macromolécules fondamentales du vivant, résultant de la polymérisation de nucléotides qui peuvent porter quatre bases nucléiques différentes. Il s’agit d’une molécule informationnelle car il code des informations séquentielles dans la succession des bases (A, U, G, C). La question se pose de savoir comment des chaînes ARN non aléatoires ont pu émerger lors de l’apparition du vivant, avant que la machinerie complexe des organismes actuels ne se soit mise en place.
Le but de ce stage est d’explorer un scénario non biologique de polymérisation des nucléotides, impliquant des surfaces minérales (argiles/silice). On sait depuis plusieurs décennies que les nucléotides peuvent se condenser en chaînes assez longues dans ces conditions,1 notamment en appliquant des cycles de variation de l’activité de l’eau (séchage/humidification)2, 3. Nous souhaitons explorer la sélectivité de ce processus, en copolymérisant des nucléotides comprenant des bases différentes (par exemple ATP + UTP) afin de déterminer si certaines séquences particulières sont formées préférentiellement dans ce scénario. L’existence d’une telle sélectivité pourrait avoir joué un rôle important dans l’évolution de la vie, et aussi être exploitée pour la synthèse artificielle de petits ARN. Si elle n’a pas encore été démontrée, nous disposons de résultats montrant que dans le phénomène très proche de polymérisation des acides aminés en peptides, les séquences ne se forment pas au hasard.4
Le projet débutera par la synthèse de polymères très courts pour lesquels les principaux outils de caractérisation seront des techniques de spectrométrie de masse à haute résolution (instrument FT-ICR disponible à l’IPCM). Le projet prévoit l’obtention de résultats préliminaires sur le mécanisme d’oligomérisation. Il pourra déboucher sur un projet doctoral où des ARN et ADN plus longs seront caractérisés par des méthodes de séquençage des acides nucléiques.
Ce sujet peut intéresser des étudiants en chimie analytique, chimie moléculaire ou chimie et science du vivant, mais aussi en chimie des matériaux puisque les réactions de polymérisation ont lieu en surface de matériaux solides.
Techniques et méthodes utilisées : Spectrométrie de masse, dont FT-ICR, spectrométrie infra-rouge (IR moyen), RMN à l’état liquide (31P), synthèses à l’interface solide/solution, éventuellement séquençage ADN.
Références
(1) Ferris, J. P.; Ertem, G. Oligomerization of Ribonucleotides on Montmorillonite: Reaction of the 5’-Phosphorimidazolide of Adenosine. Science 1992, 257 (5075), 1387-1389.
(2) Hassenkam, T.; Damer, B.; Mednick, G.; Deamer, D. AFM Images of Viroid-Sized Rings That Self-Assemble from Mononucleotides through Wet–Dry Cycling: Implications for the Origin of Life. Life (Basel) 2020, 10 (321).
(3) Da Silva, L.; Maurel, M.-C.; Deamer, D. Salt-Promoted Synthesis of RNA-like Molecules in Simulated Hydrothermal Conditions. J. Mol. Evol. 2015, 80 (2), 86-97.
(4) Bedoin, L.; Alves, S.; Lambert, J.-F. Origins of life and molecular information: selectivity in mineral surface induced prebiotic amino acids polymerization. ACS Earth Space Chem. 2020, 4 (10), 1802-1812
« Premeta » – À l’aube de la vie, les origines du métabolisme sur des surfaces minérales
(English version on request)
Laboratoire d’accueil : Laboratoire d’Archéologie Moléculaire et Structurale (LAMS, UMR8220)
Adresse : Boite courrier 225, Sorbonne Université, 4 Place Jussieu 75252 Paris CEDEX 05
Responsable du stage (encadrant) : Jean-François Lambert et Maguy Jaber (maguy.jaber@sorbonne-universite.fr), collaboration Marie-Christine Maurel (ISyEB, marie-christine.maurel@sorbonne-universite.fr)
Tél : 01 44 27 42 00
E-mail : jean-francois.lambert@sorbonne-universite.fr
Période de stage : février-juin 2024
Description du projet
Le métabolisme est l’ensemble des réactions chimiques par lesquelles les cellules vivantes construisent leurs molécules complexes et leur organisation et contrôlent leurs flux d’énergie. Actuellement, ces réactions sont hautement intégrées et font usage de tout l’arsenal de la biochimie, mais auraient-elles pu débuter dans un monde où les cellules n’existaient pas encore, en faisant usage de la réactivité des minéraux ? C’est à la fois une interrogation fondamentale sur les origines de la Vie sur Terre, et un challenge dans le domaine de la chimie des surfaces et des matériaux inorganiques à usage chimique.
Pour commencer à y répondre, nous voulons réaliser, en présence de minéraux sélectionnés pour leurs propriétés catalytiques (silice, argiles, zéolithes, sulfures de fer) les étapes successives de la synthèse des bases nucléiques puis des nucléotides, les constituants élémentaires de l’ARN.
Concrètement, le/la stagiaire déposera sur des phases minérales divisées de petites molécules organiques analogues aux précurseurs biologiques, puis suivra leur évolution lors d’activations thermiques et/ou de traitements de séchage/réhumidification (conditions fluctuantes). Il faudra à la fois identifier les molécules organiques produites (spectrométries IR, RMN, de masse) et contrôler le devenir des matériaux inorganiques (Diffraction des rayons X, thermogravimétrie). Le projet est donc transdisciplinaire, et peut intéresser des étudiants en chimie moléculaire, chimie des matériaux et chimie analytique, de préférence pourvus d’une bonne dose de curiosité intellectuelle.
Nous ne partirons pas de zéro puisque les deux premières étapes de la synthèse envisagée ont déjà fait l’objet de plusieurs publications des proposants.1-3 Par ailleurs, ce projet peut déboucher sur une thèse de doctorat.
Techniques et méthodes utilisées : RMN à l’état liquide et à l’état solide, spectrométrie infra-rouge (IR moyen), synthèses à l’interface solide/solution, analyse thermogravimétrique, diffraction des rayons X, spectrométrie de masse
Références
- Ter-Ovanessian, L.; Rigaud, B.; Mezzetti, A.; Lambert, J.-F.; Maurel, M.-C. Carbamoyl phosphate and its substitutes for the uracil synthesis in origins of life scenarios. Sci. Rep. 2021, 11, Article # 19356.
- Ter-Ovanessian, L.; Lambert, J.-F.; Maurel, M.-C. Building the uracil skeleton in primitive ponds at the origins of life: carbamoylation of aspartic acid Sci. Rep. 2022, 12, Article #19178.
- Ter-Ovanessian, L. M. P.; Lambert, J.-F.; Maurel, M.-C. Ring-closures on the rocks in a prebiotic environment. ChemBioChem 2023, 24 (10), publié en ligne: 12 avril 2023 https://doi.org/10.1002/cbic.202300143
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