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The asymmetry of life: towards a unified view of the emergence of biological homochirality

Description du projet

L’origine cosmique de l’homochiralité biologique

Des objets sont dits chiraux lorsqu’ils ne peuvent être superposés à leur reflet. Les deux formes d’une molécule chirale ont des propriétés physiques et chimiques identiques, mais elles peuvent interagir de manière différente avec d’autres molécules chirales. Une étude récente a révélé que l’unité chirale de l’ARN, le ribose, se forme dans des conditions simulées de comète, ce qui prouve l’accessibilité des précurseurs du matériel génétique dans les environnements interstellaires. L’homochiralité, qui fait référence à une uniformité de la chiralité, peut se produire lorsque des biomolécules chirales sont synthétisées de manière asymétrique par interaction avec des photons circulairement polarisés dans l’espace interstellaire. Le projet A-LIFE, financé par l’UE, simulera les étapes de l’évolution sur la Terre primitive afin de déterminer la manière dont les molécules hétérogènes produites par l’impact d’un météore s’assemblent en pré-biopolymères homochiraux.

Objectif

What is responsible for the emergence of homochirality, the almost exclusive use of one enantiomer over its mirror image? And what led to the evolution of life’s homochiral biopolymers, DNA/RNA, proteins and lipids, where all the constituent monomers exhibit the same handedness?

Based on in-situ observations and laboratory studies, we propose that this handedness occurs when chiral biomolecules are synthesized asymmetrically through interaction with circularly polarized photons in interstellar space. The ultimate goal of this project will be to demonstrate how the diverse set of heterogeneous enantioenriched molecules, available from meteoritic impact, assembles into homochiral pre-biopolymers, by simulating the evolutionary stages on early Earth. My recent research has shown that the central chiral unit of RNA, ribose, forms readily under simulated comet conditions and this has provided valuable new insights into the accessibility of precursors of genetic material in interstellar environments. The significance of this project arises due to the current lack of experimental demonstration that amino acids, sugars and lipids can simultaneously and asymmetrically be synthesized by a universal physical selection process.

A synergistic methodology will be developed to build a unified theory for the origin of all chiral biological building blocks and their assembly into homochiral supramolecular entities. For the first time, advanced analyses of astrophysical-relevant samples, asymmetric photochemistry triggered by circularly polarized synchrotron and laser sources, and chiral amplification due to polymerization processes will be combined. Intermediates and autocatalytic reaction kinetics will be monitored and supported by quantum calculations to understand the underlying processes. A unified theory on the asymmetric formation and self-assembly of life’s biopolymers is groundbreaking and will impact the whole conceptual foundation of the origin of life.

Régime de financement

ERC-STG - Starting Grant

Institution d’accueil

CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE CNRS
Contribution nette de l'UE
€ 1 500 000,00
Adresse
RUE MICHEL ANGE 3
75794 Paris
France

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Région
Ile-de-France Ile-de-France Paris
Type d’activité
Research Organisations
Liens
Coût total
€ 1 500 000,00

Bénéficiaires (1)