NANOLIFE- Aux frontières entre chimie, géologie, biologie: les NANOstructures naturelles favorisent-elles l’oLIgomérisation des nucléotides & la Formation dEs brins d’ADN

Contexte :

L'une des grandes énigmes de la chimie prébiotique concerne l'apparition des polynucléotides, supports moléculaires du code génétique. La vie dépend de la formation de briques organiques simples comme les nucléobases et les nucléotides, qui peuvent se former dans une "soupe primitive". Cependant, la polymérisation de ces briques en acides nucléiques (ADN, ARN) reste mystérieuse, car elle ne peut pas se produire en milieu abiotique sans enzymes. Comment passer cette barrière énergétique ?

Rôle de la surface des minéraux - Résultats préliminaires

L'oligomérisation des nucléotides à la surface des minéraux argileux est une hypothèse étudiée depuis longtemps, mais les mécanismes moléculaires restent mal compris. Les nano-minéraux en créant des milieux confinés pourraient favoriser par sur-concentration, la formation d’oligomères. Les imogolites, des nanotubes naturels présents dans les sols volcaniques, sont particulièrement intéressants. Leur couche externe d'oxyhydroxydes d'aluminium permet des interactions avec des acides organiques et des groupements phosphates, favorisant l'adsorption des monomères et catalysant potentiellement la formation des oligonucléotides.

Des travaux récents ont montré qu’une liaison covalente se crée entre la surface des imogolites et les groupes phosphatés des nucléotides, révélant une réactivité de surface supérieure à celle des argiles (Rose et al, in prep). Mais la formation d’oligonucléotides sur support des nanotubes reste sans réponse. D’autres résultats préliminaires indiquent que des di et tétranucléotides peuvent se former à partir d’agrégats de nucléotide-lipides. Est-ce amplifié en présence d’imogolite ?

Objectifs

Ce sujet de thèse vise à explorer l'oligomérisation des nucléotides et nucléo-lipides sur surface en étudiant si les imogolites peuvent activer le groupement phosphate et former des oligonucléotides en conditions prébiotiques. Différents paramètres seront modulés pour favoriser l'apparition de biopolymères, en particulier les propriétés structurales et de surface des imogolites (surface hydrophiles ou hydrophobes, création de défauts structuraux, incorporation de métaux traces, …). Le / la candidat(e) cherchera à comprendre la formation d’oligonucléotides après 1) adsorption de monomères sur support nanométrique et si 2) des nano-vésicules organiques favorisent par confinement, les interactions entre surfaces minérales et nucléotides.

Méthodologie

Le/la candidat(e) synthétisera des imogolites et réalisera des expériences d’adsorption de différents nucléotides, nucléotides-lipides et oligonucléotides. Elle/il utilisera des outils de séparation et de caractérisation comme l'ultrafiltration, la spectroscopie UV-Vis, le dichroïsme circulaire, la spectrométrie de masse haute -résolution, la RMN liquide, le potentiel Zeta, la RMN solide, la FTIR, et la XAS sur rayonnement synchrotron pour examiner les nanotubes et la structure des complexes de surface.

Collaborations internationales interdisciplinaires

Le projet bénéficie de partenaires experts, dont le CEREGE, pionnier dans l'étude des nanomatériaux environnementaux, et l'ARNA, spécialisé en chimie bio-organique et nanotechnologies. Une collaboration internationale avec Duke University (Dpt Civil and Environmental Engineering. M.Wiesner Group) permettra d'explorer le rôle des vésicules nanométriques associées aux imogolites pour favoriser l'oligomérisation des nucléolipides. De plus Duke Univ coordonne un projet international INFRAMES (International Network For Researching, Advancing, and Assessing Materials for Environmental Sustainability), et qui permettra de soutenir la mobilité de la/du doctorant entre la France et les USA.

Originalité du sujet

Essayer de comprendre l'oligomérisation des nucléotides en se basant sur des processus moléculaires de surface est innovante. Cette originalité réside dans la sélection des systèmes. Les imogolites ne sont pas seulement formés dans les sols volcaniques (hypothèse de la Terre primitive), mais leur structure et leur forme sont particulièrement adaptées aux oligonucléotides en termes de distance et de liaison des groupes phosphates à leur surface.

Pour proposer votre candidature : Envoyer CV et lettre de motivation à Mélanie Auffan (auffan-at-cerege.fr ) et Jérôme Rose (rose-at-cerege.fr)

Collaborations internationales interdisciplinaires

Le projet bénéficie de partenaires experts, dont le CEREGE, pionnier dans l'étude des nanomatériaux environnementaux, et l'ARNA, spécialisé en chimie bio-organique et nanotechnologies. Une collaboration internationale avec Duke University (Dpt Civil and Environmental Engineering. M.Wiesner Group) permettra d'explorer le rôle des vésicules nanométriques associées aux imogolites pour favoriser l'oligomérisation des nucléolipides. De plus Duke Univ coordonne un projet international INFRAMES (International Network For Researching, Advancing, and Assessing Materials for Environmental Sustainability), et qui permettra de soutenir la mobilité de la/du doctorant entre la France et les USA.

physico-chimie, chimie analytique, nanomatériaux, biochimie