Evolucija in naravna selekcija se odvijata na ravni DNK, saj se mutirajo geni, genetske lastnosti pa se držijo okoli ali se sčasoma izgubijo. Zdaj pa znanstveniki mislijo, da se lahko evolucija dogaja v povsem drugem obsegu - prenašajo ga ne z geni, ampak skozi molekule, ki so se priklenile na njihove površine.
Te molekule, znane kot metilne skupine, spreminjajo strukturo DNK in lahko vklopijo in izklopijo gene. Spremembe so znane kot "epigenetske modifikacije", kar pomeni, da se pojavljajo "zgoraj" ali "na vrhu" genoma. Številni organizmi, vključno s človekom, imajo DNK s pikami metilnih skupin, toda bitja, kot so sadne muhe in okrogle črvi, so v evolucijskem času izgubila potrebne gene.
Drug organizem, kvas Cryptococcus neoformans, izgubili tudi ključne gene za metilacijo nekje v obdobju krede, pred približno 50 do 150 milijoni let. Vendar pa je gliva v trenutni obliki še vedno na svojem genomu metilne skupine. Zdaj to znanstveniki teoretizirajo C. neoformans po novem najdenem načinu evolucije je bilo mogoče na desetine milijonov let obesiti epigenetične spremembe, je pokazala študija, objavljena 16. januarja v reviji Cell.
Raziskovalci, ki stojijo za raziskavo, niso pričakovali, da bodo razkrili dobro ohranjeno skrivnost evolucije, starejši avtor dr. Hiten Madhani, profesor biokemije in biofizike na kalifornijski univerzi v San Franciscu in glavni preiskovalec biohub Chan Zuckerberg, povedal Live Science.
Skupina običajno študira C. neoformans da bi bolje razumeli, kako kvas povzroča glivični meningitis pri ljudeh. Gliva ponavadi okuži ljudi s šibkim imunskim sistemom in povzroči približno 20% vseh smrti, povezanih z virusom HIV / AIDS-om, je razvidno iz izjave UCSF. Madhani in njegovi sodelavci preživijo svoje dni, kopajo po genetskem zapisu C. neoformans, ki iščejo kritične gene, ki pomagajo kvasovkam vdor v človeške celice. Toda ekipa je bila presenečena, ko so se pojavila poročila, ki nakazujejo, da genetski material krasi metilne skupine.
"Ko smo izvedeli je metilacija DNK ... Mislil sem, da moramo to preučiti, sploh ne vedoč, kaj bomo našli, "je dejala Madhani. V vretenčarjih in rastlinah celice dodajo metilnim skupinam DNK s pomočjo dveh encimov. Prva, imenovana "de novo metiltransferaza", nalepi metilne skupine na neprimerne gene. Encim poper vsako polovico spirale DNA v obliki vijačnice z istim vzorcem metilnih skupin, kar ustvari simetrično zasnovo. Med delitvijo celic dvojna vijačnica odvije in ustvari dve novi verigi DNK iz ujemajočih se polovic. V tem trenutku pride do encima, imenovanega "vzdrževalna metiltransferaza", da kopira vse metilne skupine iz prvotnega sklopa na novo zgrajeno polovico. Madhani in njegovi sodelavci so si ogledali obstoječa evolucijska drevesa, da bi izsledili zgodovino C. neoformans skozi čas in ugotovili, da je v času krede prednik kvasa imel oba encima, potrebna za metilacijo DNA. Toda nekje ob progi C. neoformans izgubil gen, potreben za tvorbo de novo metiltransferaze. Brez encima organizem ni mogel več dodajati novih metilnih skupin v svojo DNK - lahko je kopiral obstoječe metilne skupine le s pomočjo vzdrževalnega encima. Teoretično bi lahko tudi vzdrževalni encim DNK obdržal v metilnih skupinah za nedoločen čas - če bi lahko vsakič ustvaril popolno kopijo. V resnici encim naredi napake in izgubi sled metilnih skupin vsakič, ko se celica deli, je ugotovila ekipa. Ko je vzgojen v petrijevi posodi, C. neoformans celice so občasno pridobile nove metilne skupine po naključju, podobno kot nastanejo naključne mutacije v DNK. Vendar so celice izgubile metilne skupine približno 20-krat hitreje, kot bi lahko pridobile nove. V približno 7.500 generacijah bi vsa zadnja metilna skupina izginila, vzdrževalni encim pa ne bi pustil ničesar kopirati, ocenila je ekipa. Glede na hitrost, s katero C. neoformans pomnoži, kvas bi moral izgubiti vse svoje metilne skupine v približno 130 letih. Namesto tega je ohranila epigenetske spremembe več deset milijonov let. "Ker je stopnja izgube višja od stopnje dobička, bi sistem sčasoma počasi izgubljal metilacijo, če ne bi obstajal mehanizem, ki bi ga obdržal," je dejal Madhani. Ta mehanizem je naravna selekcija, je dejal. Z drugimi besedami, čeprav C. neoformans pridobival je nove metilne skupine veliko počasneje, kot jih je izgubljal, metilacija pa je močno povečala telesno pripravljenost organizma, kar je pomenilo, da lahko premaga posameznike z manj metilacije. "Fit" posamezniki so prevladovali nad tistimi z manj metilnimi skupinami, zato je metilacija v milijonih let ostala višja. Kakšno evolucijsko prednost bi te metilne skupine lahko ponudile C. neoformans? Madhani je dejal, da lahko genom kvasa zaščitijo pred potencialno smrtonosnimi poškodbami. Transpozoni, znani tudi kot "skačejoči geni", skačejo po genomu in se pogosto vstavijo na zelo neprijetna mesta. Na primer, transposon lahko skoči v središče gena, potrebnega za preživetje celic; ta celica lahko nepravilno deluje ali umre. Na srečo se metilne skupine lahko zagrabijo za transpozone in jih zaskočijo. Mogoče je to C. neoformans Madhani je dejal, da ohranja določeno raven metilacije DNA, da transpozoni preverjajo. "Nobeno posamezno mesto ni posebej pomembno, vendar je splošna gostota metilacije transpozonov izbrana za" skozi evolucijske časovne lestvice, je dodal. "Enako je verjetno res v naših genomeh." Številne skrivnosti še vedno obdajajo metilacijo DNA C. neoformans. Poleg kopiranja metilnih skupin med prameni DNK se zdi, da je vzdrževalna metiltransferaza pomembna tudi pri tem, kako kvas povzroča okužbe pri ljudeh, kaže raziskava Madhani iz leta 2008. Brez nepoškodovanega encima se organizem ne more učinkovito vključiti v celice. "Nimamo pojma, zakaj je to potrebno za učinkovito okužbo," je dejal Madhani. Encim potrebuje tudi velike količine kemijske energije, da deluje, in kopira samo metilne skupine na prazno polovico repliciranih verig DNK. V primerjavi s tem enakovredni encim v drugih organizmih ne potrebuje dodatne energije, da bi deloval in včasih deluje z golo DNK, brez kakršnih koli metilnih skupin, je razvidno iz poročila, objavljenega na strežniku za tisk bioRxiv. Nadaljnje raziskave bodo pokazale, kako natančno deluje metilacija C. neoformansin ali se ta nova oblika evolucije pojavlja pri drugih organizmih.
