Evoliucija ir natūrali atranka vyksta DNR lygiu, nes genai mutuoja ir genetiniai bruožai arba laikosi, arba laikui bėgant prarandami. Tačiau dabar mokslininkai mano, kad evoliucija gali vykti visai kitu mastu - perduodama ne per genus, o per molekules, prilipusias prie jų paviršiaus.
Šios molekulės, žinomos kaip metilo grupės, keičia DNR struktūrą ir gali įjungti ir išjungti genus. Šie pakitimai yra žinomi kaip „epigenetinės modifikacijos“, reiškiantys, kad jie yra „aukščiau“ arba „viršuje“ genomo. Daugelio organizmų, įskaitant žmones, DNR yra pažymėta metilo grupėmis, tačiau būtybėms, pavyzdžiui, vaisių musėms ir apvaliesiems kirmėliams, evoliucijos metu neteko reikiamų genų.
Kitas organizmas, mielės Cryptococcus neoformans, taip pat prarado pagrindinius metilinimo genus kažkada kreidos periodo laikotarpiu, maždaug prieš 50–150 milijonų metų. Stebėtina, kad dabartinės formos grybelio genome vis dar yra metilo grupių. Dabar mokslininkai tai teorizuoja C. neoformans pagal naujai surastą evoliucijos būdą dešimtys milijonų metų galėjo paslėpti epigenetinius redagavimus, teigiama žurnale „Cell“ paskelbtame tyrime.
Tyrimo vykdytojai nesitikėjo atskleisti gerai išsaugotos evoliucijos paslapčių, vyresnysis autorius dr. Hitenas Madhani, Kalifornijos universiteto, San Francisko, profesorius ir vyriausiasis tyrėjas Chano Zuckerbergo Biohube, pasakojo „Live Science“.
Paprastai grupė mokosi C. neoformans geriau suprasti, kaip mielės sukelia grybelinį meningitą žmonėms. Grybelis linkęs užkrėsti silpną imuninę sistemą turinčius žmones ir sukelia apie 20% visų su ŽIV / AIDS susijusių mirčių, teigiama UCSF pranešime. Madhani ir jo kolegos dienas praleidžia ieškodami genetinio C. neoformans, ieškant kritinių genų, kurie padeda mielėms įsiveržti į žmogaus ląsteles. Tačiau komanda buvo nustebusi, kai pasirodė pranešimai, kuriuose teigiama, kad genetinė medžiaga puošia metilo grupes.
„Kai sužinojome buvo DNR metilinimas ... Aš maniau, kad mes turime į tai pažvelgti, visai nežinodami, ką rasime “, - sakė Madhani. Stuburiniuose ir augaluose ląstelės prideda metilo grupes prie DNR, naudodamos du fermentus. Pirmasis, vadinamas „de novo metiltransferaze“, klijuoja metilo grupes ant negrynintų genų. Fermentas perpjauna kiekvieną spiralės formos DNR grandinės pusę tuo pačiu metilo grupių modeliu, sukurdamas simetrišką pavidalą. Ląstelių dalijimosi metu dviguba spiralė atsiskleidžia ir iš suderinamų pusių sukuria dvi naujas DNR grandines. Šiuo metu įsijungia fermentas, vadinamas palaikomuoju metiltransferaze, kad nukopijuotų visas metilo grupes iš pradinės grandinės į naujai pastatytą pusę. Madhani ir jo kolegos apžvelgė egzistuojančius evoliucijos medžius, norėdami atsekti C. neoformans per laiką ir nustatė, kad kreidos periodu mielių protėvis turėjo abu fermentus, reikalingus DNR metilinimui. Bet kažkur palei liniją, C. neoformans prarado geną, reikalingą de novo metiltransferazei gaminti. Be fermento organizmas nebegalėjo pridėti naujų metilo grupių prie savo DNR - jis galėjo nukopijuoti esamas metilo grupes tik naudodamas palaikomąjį fermentą. Teoriškai, net dirbdamas vienas, palaikomasis fermentas galėtų neribotą laiką išlaikyti metilo grupėse esančią DNR - jei jis kiekvieną kartą galėtų pagaminti nepriekaištingą kopiją. Iš tikrųjų fermentas daro klaidas ir praranda metilo grupių stebėjimą kiekvieną kartą, kai ląstelė dalijasi, komanda rado. Kai jie užauginami Petri inde, C. neoformans ląstelės retkarčiais įgijo naujų metilo grupių atsitiktinai, panašiai kaip atsitiktinės mutacijos atsiranda DNR. Tačiau ląstelės prarado metilo grupes maždaug 20 kartų greičiau, nei galėjo įgyti naujų. Apytikriai 7500 kartų metu kiekviena paskutinė metilo grupė išnyktų, o palaikomasis fermentas nieko neliktų kopijuoti, įvertino komanda. Atsižvelgiant į greitį, kuriuo C. neoformans dauginasi, mielės turėtų prarasti visas savo metilo grupes per maždaug 130 metų. Vietoj to, jis išsaugojo epigenetinius redagavimus dešimtis milijonų metų. "Kadangi nuostolių lygis yra didesnis nei pelno norma, laikui bėgant sistema lėtai praranda metilinimą, jei jame nebus mechanizmo, kuris ją išlaikytų", - teigė Madhani. Jis sakė, kad tai yra natūrali atranka. Kitaip tariant, nors C. neoformans kurdamas naujas metilo grupes daug lėčiau, nei prarasdamas jas, metilinimas smarkiai padidino organizmo „tinkamumą“, o tai reiškė, kad jis gali konkuruoti su mažesnio metilinimo pacientais. „Tinkami“ individai vyravo prieš tuos, kurie turėjo mažiau metilo grupių, taigi metilinimo lygis per milijonus metų išliko didesnis. Bet kokį evoliucinį pranašumą galėtų pasiūlyti šios metilo grupės C. neoformans? Na, jie gali apsaugoti mielių genomą nuo galimai mirtinos žalos, sakė Madhani. Transposonai, dar žinomi kaip „šokinėjantys genai“, užgaidinėja genomą ir dažnai įterpia save į labai nepatogias vietas. Pavyzdžiui, transposonas gali šokinėti į geno, reikalingo ląstelėms išgyventi, centrą; ta ląstelė gali sugesti arba mirti. Laimei, metilo grupės gali patraukti ant transpononų ir užfiksuoti juos savo vietoje. Gali būti, kad taip C. neoformans palaiko tam tikrą DNR metilinimo lygį, kad transpozonai būtų kontroliuojami, sakė Madhani. „Nei viena svetainė nėra ypač svarbi, tačiau bendras metilinimo tankis transpozonuose pasirenkamas atsižvelgiant į evoliucijos laikotarpį“, - pridūrė jis. "Tikriausiai tas pats pasakytina ir apie mūsų genomus". DNR metilinimas vis dar gaubia daugybę paslapčių C. neoformans. Remiantis 2008 m. Madhani atliktu tyrimu, ne tik kopijuojamos metilo grupės tarp DNR grandžių, bet ir palaikomoji metiltransferazė yra svarbi nustatant, kaip mielės sukelia infekcijas žmonėms. Nepažeisdamas fermento, organizmas negali taip efektyviai įsilaužti į ląsteles. „Mes net neįsivaizduojame, kodėl tai reikalinga efektyviam užkrėtimui“, - sakė Madhani. Fermentui taip pat reikalingas didelis kiekis cheminės energijos, kad jis veiktų ir metilo grupes kopijuoja tik ant tuščiosios replikuotų DNR grandinių pusės. Palyginimui, ekvivalentiškam fermentui, esančiam kituose organizmuose, nereikia papildomos energijos, kad jis veiktų ir kartais sąveikauja su plika DNR, neturinčia jokių metilo grupių, teigiama pranešime, paskelbtame priešspausdinimo serveryje „BioRxiv“. Tolesni tyrimai tiksliai parodys, kaip metilinimas veikia C. neoformansir ar ši naujai išsivysčiusi evoliucijos forma pasireiškia kituose organizmuose.
