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La division qui nous unit: les membranes cellulaires comme biomarqueurs des organismes vivants

La preuve de la présence de vie sur d’autres planètes est une sorte de Saint Graal, non seulement pour les scientifiques du domaine spatial mais également pour la plupart d’entre nous. Une nouvelle technologie destinée à l’étude des modèles de systèmes membranaires sur Terre se tourne vers l’espace pour y chercher la vérité.

Recherche fondamentale
Espace

Plusieurs missions d’exploration spatiale actuellement en cours pour la NASA, l’Agence spatiale européenne (ESA) et d’autres agences spatiales recherchent des signes de vie ailleurs dans notre cosmos, et Mars est une cible de choix. Outre le savoir-faire technique et analytique, les scientifiques doivent aussi déterminer ce qu’ils recherchent, à savoir un signe de vie même dans un échantillon qui n’est plus vivant. Les membranes cellulaires ou leurs restes sont d’excellents candidats. Avec le soutien du programme Marie Skłodowska-Curie, MSCA, le projet NanoMembR a appliqué de nouvelles méthodes spectroscopiques pour caractériser des membranes types complexes dans des conditions de dégradation semblables à celles de Mars. Les connaissances acquises et les techniques développées seront bientôt exploitées sur deux plateformes d’exploration spatiale actuellement en cours de développement par l’ESA.

Ce qui sépare les organismes vivants des molécules inorganiques

Le cloisonnement est indispensable à la vie. Toute vie sur Terre repose sur des cellules qui isolent leur espace intérieur du milieu environnant grâce à une membrane semi-perméable composée de molécules lipidiques, ce qui fait des membranes cellulaires des biomarqueurs universels majeurs de la vie telle que nous la connaissons. De plus, en raison de leur nature bipolaire, avec une extrémité hydrophobe et l’autre hydrophile, les lipides s’auto-assemblent – ce qui est idéal pour «créer» la vie – en une double couche dans un environnement aqueux (l’eau étant un autre «marqueur» de la vie). Par ailleurs, bien qu’elles ne fassent que quelques nanomètres d’épaisseur, les membranes et les fragments membranaires sont très robustes et peuvent persister sur de longues périodes sans se dégrader de manière significative, contrairement à l’ADN et à d’autres molécules.

Vie et mort dans l’espace

Selon Andreas Elsaesser, membre de l’Université libre de Berlin et du MSCA: «L’objectif principal de NanoMembR était d’étudier comment les influences environnementales imitant, par exemple, les conditions martiennes déterminent les voies de dégradation dans des membranes modèles de plus en plus complexes de compositions diverses.» NanoFTIR, la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier à l’échelle nanométrique, combine une très haute résolution spatiale avec la puissance analytique nécessaire à l’identification chimique à l’échelle nanométrique. La microscopie de champ proche à optique à sonde diffusante (s-SNOM) permet une imagerie spectroscopique avec une résolution spatiale bien inférieure à la limite de diffraction. Grâce à ces techniques, Andreas Elsaesser a pu non seulement surveiller la stabilité des membranes par spectroscopie, mais aussi étudier les changements structurels à l’échelle nanométrique. Andreas Elsaesser explique: «La stabilité des membranes est considérablement affectée par la composition moléculaire des membranes et les facteurs environnementaux. L’oxygène, combiné au rayonnement ultraviolet, est un facteur clé de la dégradation des membranes.» La publication de ces résultats est actuellement en préparation. Tout aussi important, NanoMembR a défini la nanoFTIR comme un nouvel outil pour l’investigation des membranes et a prouvé son application aux membranes naturelles aussi bien qu’artificielles. Cette dernière a fortuitement ouvert la porte à son utilisation pour l’analyse d’échantillons spatiaux concrets.

En route pour un laboratoire de la nature dans le ciel

Les résultats sont en cours d’intégration dans deux plateformes spatiales d’exposition actuellement en cours de développement par l’ESA. Les «laboratoires», externes à la Station spatiale internationale ou sous forme de nanosatellite en vol libre, combinent les avantages d’une exposition à long terme et d’une surveillance in situ en temps quasi réel. La plateforme Exocube fera partie de la nouvelle installation d’exobiologie de l’ESA à l’extérieur de la Station spatiale internationale en orbite basse. SpectroCube est une plateforme d’exposition spatiale in situ miniaturisée et à vol libre, basée sur CubeSat, placée sur une orbite fortement elliptique autour de la Terre et dédiée à la recherche en astrochimie et en astrobiologie. Les résultats de NanoMembR pourraient nous aider à identifier des cibles de recherche pour des missions de détection de la vie dans notre système solaire et au-delà.

Mots‑clés

NanoMembR, vie, espace, membrane, ESA, dégradation, échelle nanométrique, in situ, cellule, spectroscopie, orbite, spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier à l’échelle nanométrique (nanoFTIR), Mars, microscopie de champ proche optique à sonde diffusante (s-SNOM), ultraviolet

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