Evolūcija un dabiskā atlase notiek DNS līmenī, jo gēni mutē un ģenētiskās īpašības vai nu pielīp, vai laika gaitā tiek zaudētas. Bet tagad zinātnieki domā, ka evolūcija var notikt pavisam citā mērogā - nodota nevis caur gēniem, bet caur molekulām, kas pielipušas pie viņu virsmām.
Šīs molekulas, kas pazīstamas kā metilgrupas, maina DNS struktūru un var ieslēgt un izslēgt gēnus. Izmaiņas ir zināmas kā "epiģenētiskās modifikācijas", kas nozīmē, ka tās parādās "virs" vai "virs" genoma. Daudziem organismiem, ieskaitot cilvēkus, ir DNS ar metilgrupām, bet radības, piemēram, augļu mušas un apaļtārpi, evolūcijas laikā zaudēja nepieciešamos gēnus, lai to izdarītu.
Vēl viens organisms, raugs Cryptococcus neoformans, arī kādreiz krīta laikā, apmēram pirms 50 līdz 150 miljoniem gadu, zaudēja galvenos metilēšanas gēnus. Bet jāatzīmē, ka pašreizējā formā sēnītes genomā joprojām ir metilgrupas. Tagad zinātnieki to teorizē C. neoformans pateicoties jaunatklātam evolūcijas veidam, desmitiem miljonu gadu varēja paļauties uz epiģenētiskiem labojumiem, liecina pētījums, kas publicēts žurnālā Cell 16. janvārī.
Pētījuma pamatā esošie pētnieki negaidīja, ka tiks atklāts labi glabāts evolūcijas noslēpums, vecākais autors Dr. Hitens Madhani, Sanfrancisko Kalifornijas universitātes bioķīmijas un biofizikas profesors un Chan Zuckerberg Biohub pētnieks, stāstīja Live Science.
Parasti grupa studē C. neoformans lai labāk izprastu, kā raugs cilvēkiem izraisa sēnīšu meningītu. Sēne mēdz inficēt cilvēkus ar vāju imūnsistēmu un izraisa apmēram 20% no visiem ar HIV / AIDS saistītajiem nāves gadījumiem, teikts UCSF paziņojumā. Madhani un viņa kolēģi savas dienas pavada, meklējot. Ģenētisko kodu C. neoformans, meklējot kritiskos gēnus, kas palīdz raugam iebrukt cilvēka šūnās. Bet komanda bija pārsteigta, kad parādījās ziņojumi, kas liek domāt, ka ģenētisko materiālu rotā metilgrupas.
"Kad mēs uzzinājām bija DNS metilācija… Es domāju, ka mums tas ir jāapskata, nemaz nezinot, ko mēs atradīsim, ”sacīja Madhani. Mugurkaulniekiem un augiem šūnas pievieno DNS metilgrupas ar divu fermentu palīdzību. Pirmais, ko sauc par "de novo metiltransferāzi", pielīmē metilgrupas uz neparedzētiem gēniem. Ferments katru pusi pavada spirāles formas DNS virkni ar tādu pašu metilgrupu modeli, izveidojot simetrisku zīmējumu. Šūnu dalīšanas laikā dubultā spirāle izlobās un no atbilstošajām pusēm izveido divas jaunas DNS šķipsnas. Šajā brīdī ferments, ko sauc par "metiltransferāzes uzturēšanas līdzekli", uzsūcas, lai kopētu visas metilgrupas no sākotnējās virknes uz jaunuzcelto pusi. Madhani un viņa kolēģi apskatīja esošos evolūcijas kokus, lai izsekotu C. neoformans cauri laikam, un atklāja, ka krīta periodā rauga senčā bija abi enzīmi, kas nepieciešami DNS metilēšanai. Bet kaut kur pa līniju, C. neoformans zaudēja gēnu, kas nepieciešams de novo metiltransferāzes iegūšanai. Bez fermenta organisms vairs nevarēja pievienot jaunus metilgrupas savam DNS - tas tikai varēja kopēt esošās metilgrupas, izmantojot savu uzturošo fermentu. Teorētiski, pat darbojoties atsevišķi, uzturošais enzīms varētu nenoteiktu laiku saglabāt DNS metilgrupās - ja tas katru reizi varētu radīt nevainojamu kopiju. Patiesībā enzīms pieļauj kļūdas un katru reizi, kad šūna dalās, zaudē metilgrupu izsekošanu, atrada komanda. Kad audzē Petri traukā, C. neoformans šūnas dažkārt nejaušas izlases veidā ieguva jaunas metilgrupas, līdzīgi tam, kā nejaušās mutācijas rodas DNS. Tomēr šūnas metilgrupas zaudēja apmēram 20 reizes ātrāk, nekā varēja iegūt jaunas. Aptuveni 7500 paaudžu laikā katra pēdējā metilgrupa izzudīs, atstājot uzturošo enzīmu neko kopēju, lēš komanda. Ņemot vērā ātrumu, ar kādu C. neoformans Vairojas, raugam vajadzētu zaudēt visas metilgrupas apmēram 130 gadu laikā. Tā vietā tas saglabāja epiģenētiskos labojumus desmitiem miljonu gadu. "Tā kā zaudējumu līmenis ir lielāks nekā ieguvumu līmenis, laika gaitā sistēma lēnām zaudēs metilēšanu, ja nebūtu mehānisma, kas to turētu," sacīja Madhani. Viņš teica, ka šis mehānisms ir dabiska atlase. Citiem vārdiem sakot, pat ja C. neoformans Jaunās metilgrupas ieguva daudz lēnāk, nekā tās zaudēja, metilēšana dramatiski palielināja organisma "piemērotību", kas nozīmēja, ka tā varētu konkurēt ar mazāk metilētām personām. "Fit" indivīdi dominēja pār tiem, kuriem bija mazāk metilgrupu, un tādējādi miljonos gadu laikā metilācijas līmenis saglabājās augstāks. Bet kādas evolucionāras priekšrocības šīs metilgrupas varētu piedāvāt C. neoformans? Viņi varētu pasargāt rauga genomu no potenciāli nāvējošiem bojājumiem, sacīja Madhani. Transposoni, kas pazīstami arī kā “lekt gēni”, ap kaprīzu pārvietojas pa genomu un bieži ievieto sevi ļoti neērtās vietās. Piemēram, transposons var izlēkt gēna centrā, kas nepieciešams šūnu izdzīvošanai; ka šūna varētu nepareizi darboties vai nomirt. Par laimi metilgrupas var satvert transpononos un nofiksēt tos savā vietā. Var būt, ka tā C. neoformans uztur noteiktu DNS metilēšanas līmeni, lai kontrolētu transpozonus, sacīja Madhani. "Neviena atsevišķa vieta nav īpaši nozīmīga, bet kopējais metilēšanas blīvums uz transposoniem ir izvēlēts" evolūcijas laika gaitā ", viņš piebilda. "Tas pats droši vien ir arī mūsu genomos." Daudzi noslēpumi joprojām ieskauj DNS metilēšanu C. neoformans. Papildus metilgrupu kopēšanai starp DNS virzieniem, metiltransferāzes uzturēšana, šķiet, ir svarīga arī jautājumā par to, kā raugs izraisa infekcijas cilvēkiem, liecina Madhani 2008. gada pētījums. Ja ferments nav neskarts, organisms nespēj tikpat efektīvi iekļūt šūnās. "Mums nav ne jausmas, kāpēc tas nepieciešams efektīvai inficēšanai," sacīja Madhani. Fermentam arī nepieciešams liels daudzums ķīmiskās enerģijas, lai tas darbotos, un metilgrupas kopē tikai replicēto DNS šķiedru tukšajā pusē. Salīdzinājumam - ekvivalentam enzīmam citos organismos nav nepieciešama papildu enerģija, lai tas darbotos, un dažreiz tas mijiedarbojas ar neapbruņotu DNS, kurā nav metilgrupu, saskaņā ar ziņojumu, kas ievietots pirmsdrukas servera bioRxiv. Turpmākie pētījumi precīzi parādīs, kā metilācija darbojas C. neoformans, un vai šī jaunatklātā evolūcijas forma parādās citos organismos.
