Détection d'ADN par spectroscopie SERRS et interactions entre nucléotides et surfaces des minéraux phyllosilicatés ferromagnésiens dans le contexte de l'origine de la Vie

Nucleic acids detection by SERRS spectroscopy and interactions between nucleotides and Fe-Mg rich phyllosilicate mineral surfaces in the context of the origin of life

• Auteur / Autrice : Cécile Feuillie
• Direction : Isabelle Daniel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre
• Date : Soutenance le 28/09/2012
• Etablissement(s) : Lyon, École normale supérieure
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1992?-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de géologie de Lyon : Terre, planètes et environnement (Lyon ; 2011-....)
• Jury : Président / Présidente : Stephen Mojzsis
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Isabelle Daniel, Stephen Mojzsis, Sophie Lecomte, Dimitri A. Sverjensky, Bertrand Fourcade, Catherine Hänni, Laurent Michot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sophie Lecomte, Dimitri A. Sverjensky

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nucléotides

Adsorption

ADN fossile

Acides nucléiques

Mots clés libres

Acides nucléiques

Spectroscopie SERRS

ADN ancien

Adsorption

Nucléotides

Phyllosilicates ferromagnésiens

Nucleic acids

SERRS spectroscopy

Ancient DNA

Adsorption

Nucleotides

Fe-Mg rich phyllosilicates

Résumé

Cette thèse a premièrement permis le développement d’une méthode de détection non-enzymatique de l’ADN. Les techniques enzymatiques couramment utilisées, comme la Polymerase Chain Reaction (PCR), échouent souvent dans l’analyse d’échantillons anciens ou transformés. L’ADN subit en effet de nombreuses dégradations post mortem, parmi lesquelles certaines bloquent les enzymes ADN-polymérases. Notre méthode combine hybridation et détection par SERRS (Surface Enhanced Resonant Raman Scattering), permettant la détection et la quantification de séquences d’ADN dégradées réfractaires à l’analyse par PCR. De nouvelles perspectives s’ouvrent donc en paléogénétique. Cette thèse aborde également le rôle des surfaces minérales dans l’origine des acides nucléiques. Les surfaces minérales pourraient avoir piégé et concentré les briques élémentaires de ces biopolymères, contribuant ainsi à leur construction. Les travaux existants se sont concentrés sur des minéraux comme la montmorillonite, qui n’était cependant pas abondante à l’Hadéen/Archéeen. La minéralogie de la Terre primitive aurait plutôt été dominée par les phyllosilicates ferromagnésiens. Nous avons étudié l’adsorption de nucléotides sur des minéraux plus cohérents avec le contexte géologique, en variant les paramètres environnementaux. Ce travail permet de préciser le mécanisme d’adsorption des nucléotides sur les surfaces minérales, ainsi que les conditions de l’origine du matériel génétique.

The first goal of this thesis was the development of a non-enzymatic DNA detection method. Current enzymatic techniques such as Polymerase Chain Reaction (PCR) often fail in analyzing ancient or processed samples. Indeed DNA undergoes numerous post-mortem degradations, among which some are known to block the bypass of DNA-polymerases. Our method combines hybridization and SERRS (Surface Enhanced Resonant Raman Scattering) spectroscopy, and allows the detection and quantification of degraded DNA sequences that are refractory to PCR analysis. This novel detection method therefore opens new perspectives, especially in paleogenetics. This thesis also aims at studying the role of mineral surfaces in the origin of nucleic acids. Mineral surfaces might have trapped and concentrated the elementary bricks of those biopolymers, thus contributing in their formation. Previous work has focused on minerals such as montmorillonite, although it might not have been abundant during the Hadean/Archean. The primitive Earth’s mineralogy would have been preferentially dominated by Fe-Mg rich phyllosilicates. We have therefore studied the adsorption of nucleotides on minerals we think are relevant to the geological context, and have varied the environmental conditions. This work allows characterizing the adsorption mechanism of nucleotides on mineral surfaces, as well as environmental conditions of the origin of genetic material.