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Peptide based self-replicating coacervate protocells

Description du projet

Des protocellules de coacervat auto-réplicantes à base de peptides

Une question fondamentale en chimie et en biologie est de savoir comment une protocellule auto-réplicante pourrait se former à partir d’un mélange de molécules. Le projet PEPREP, financé par l’UE, propose d’utiliser la coacervation de peptides auto-modélisants comme nouvelle approche pour créer des protocellules auto-réplicantes stables. Des blocs de construction peptidiques courts avec des chaînes latérales aromatiques et ioniques seront utilisés. Ils sont conçus pour favoriser l’auto-reconnaissance ou la reconnaissance mutuelle et peuvent se dimériser tout au long de la formation d’une liaison chimique. Les premiers résultats montrent que ces peptides forment spontanément des gouttelettes de coacervat. Les coacervats améliorent l’auto-réplication grâce à la concentration des blocs de construction, catalysant la dimérisation des peptides guidée par le modèle et stabilisant les produits. Le développement de ces systèmes modèles offrira de précieuses informations sur d’éventuelles voies d’auto-réplication et sur l’origine de la vie.

Objectif

One of the most fundamental questions in chemistry and biology is how a self-replicating protocell could form from collection of inanimate molecules. Self-replicating RNA molecules in lipid compartments have been widely studied, but these systems are inherently unstable and a plausible mechanism for their spontaneous formation and repeated replication is still lacking. Here, I propose to use coacervation of self-templating peptides as a radically new approach to create stable self-replicating protocells. We will use short peptide building blocks with aromatic and ionic side chains that are designed for self- or cross-recognition. The building blocks can dimerize through reversible or irreversible chemical bond formation, including disulfide, imine, alkene (metathesis) and peptide (native chemical ligation) bonds. Preliminary results indicate that these peptides spontaneously form coacervate droplets when dimerized. The coacervates enhance the self-replication by naturally concentrating the peptide building blocks, catalyzing the template-directed peptide dimerization and stabilizing the product. By periodic cycling of the solution temperature or pH, the coacervate protocells can be dissolved and recondensed, yielding an elementary system of self-replicating protocells. These coacervate protocells not only concentrate peptides, but also nucleotides, inorganic nanoparticles and pigments, creating a potent microreactor for prebiotic chemistry. Developing these model system will provide valuable insights in new prebiotically plausible pathways to self-replication and the origin of life.

Régime de financement

MSCA-IF-EF-ST - Standard EF

Coordinateur

STICHTING RADBOUD UNIVERSITEIT
Contribution nette de l'UE
€ 187 572,48
Adresse
HOUTLAAN 4
6525 XZ Nijmegen
Pays-Bas

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Région
Oost-Nederland Gelderland Arnhem/Nijmegen
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
€ 187 572,48