Des chercheurs du CNRC découvrent une des clés de la survie de la vie primitive sur la Terre

Ottawa, le 8 juillet, 2006 — Des chercheurs du Conseil national de recherches du Canada (CNRC) ont fait des découvertes permettant de mieux comprendre comment l'ADN se protège contre les rayons ultraviolets nocifs. Leurs conclusions jettent un jour nouveau sur les mécanismes ultrarapides dont se servent les molécules pour se protéger contre les effets nocifs du rayonnement ultraviolet. Ces études démontrent la façon dont les premiers organismes ont pu survivre sur la Terre, qui n'était pas entourée alors d'une couche d'ozone protectrice. 

L'équipe, dirigée par M. Albert Stolow de l'Institut Steacie des sciences moléculaires du CNRC, a publié ses résultats dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) des États-Unis. Ils présentent un modèle exhaustif qui explique comment les composants de l'ADN (acide désoxyribonucléique) peuvent rapidement convertir la lumière ultraviolette en chaleur. L'équipe s'est concentrée sur l'adénine, un des quatre éléments constitutifs du code génétique. Elle a été étonnée de découvrir que les mécanismes de protection opèrent à l'échelle de la picoseconde (un millionième d'un millionième d'une seconde), c'est-à-dire beaucoup plus rapidement que toutes fonctions biologiques.

Ces nouvelles connaissances sur les mécanismes de protection de la nature ont des répercussions sur de futurs secteurs en science et en technologie. Par exemple, dans le nouveau domaine de la « photonique moléculaire » on propose d'utiliser des molécules comme commutateurs ou modulateurs activés par la lumière, à l'échelle du nanomètre. Ces connaissances sur les mécanismes d'autoprotection des molécules contre les dommages causés par la lumière nous permettront d'améliorer de manière importante l'efficacité et la stabilité de ces nouveaux dispositifs photoniques.

L'ADN, la molécule géante qui sert de réservoir de l'information génétique de la vie, est composée de seulement quelques éléments constitutifs qui se lient d'une façon très particulière. Ces unités élémentaires de structure de la vie sont également les plus importants absorbeurs de rayonnement ultraviolet dans l'ADN. Comme l'ADN était présent même avant que les plantes aient pu créer la couche d'ozone, on présumait que l'ADN avait un mécanisme de protection interne contre l'ultraviolet ou une « photostabilité ». Les chercheurs font des travaux théoriques et expérimentaux depuis quelques décennies afin de comprendre ce mécanisme.

L'équipe du CNRC a étudié l'adénine à l'aide de spectroscopie photoélectronique à résolution dans le temps, une technique d'analyse ultrarapide mise au point au CNRC. Dans l'expérience conduite par l'équipe, on emploie des impulsions laser qui ne durent que des femtosecondes (une femtoseconde est un millionième d'une picoseconde) pour « filmer » la réaction de la molécule d'adénine à la lumière ultraviolette. Les chercheurs ont ensuite utilisé les résultats de ces mesures, en combinaison avec des simulations par ordinateur, pour étudier les détails de la stabilité de l'adénine. L'absorption de la lumière ultraviolette augmente le niveau d'excitation de la molécule à un tel point qu'elle peut se rompre. Afin d'éliminer cette énergie excédentaire, la molécule doit la convertir rapidement en chaleur. Ce processus est analogue à l'action de verser rapidement de l'eau dans un évier. Si la capacité du tuyau d'écoulement est insuffisante, l'évier débordera et causera des dommages. Cependant, si la capacité du tuyau est très grande il n'y aura pas de dommages. C'est la concurrence entre deux mécanismes rapides, le remplissage de l'évier (absorption de la lumière ultraviolette) et l'écoulement de l'évier (conversion de l'énergie en chaleur) qui détermine s'il y aura des dommages.

M. Stolow explique : « On pourrait supposer que les réactions qui ont lieu si rapidement n'ont aucune répercussion sur la biologie, mais cette supposition est incorrecte. Il existe des procédés inévitables, comme les dommages causés par la lumière ultraviolette, qui ont lieu très rapidement et mènent à la destruction de molécules biologiques. Afin de lutter contre ces procédés, la nature n'a qu'un seul choix, c'est-à-dire concevoir des mécanismes de protection qui sont encore plus rapides. »

L'équipe du CNRC fera des expériences à l'avenir pour étudier d'autres molécules biologiques afin de mieux comprendre ces mécanismes de protection. La découverte des règles de la dynamique intramoléculaire ultrarapide donne une nouvelle perspective importante pour comprendre les procédés biologiques comme la vision et la photosynthèse, et pour la conception de nouveaux dispositifs moléculaires à l'échelle du nanomètre.

Reconnu mondialement pour ses travaux de recherche et d'innovation, le Conseil national de recherches du Canada (CNRC) est un chef de file du développement d'une économie novatrice axée sur le savoir au Canada grâce à la science et à la technologie.

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