Znanstveniki so odkrili obliko naravne selekcije, ki je neodvisna od DNK.
Evolucija in naravna selekcija potekata na ravni DNK, saj geni mutirajo in genetske lastnosti ostanejo ali pa se sčasoma izgubijo. Zdaj pa znanstveniki verjamejo, da se evolucija lahko zgodi v povsem drugačnem obsegu – ne prenaša se prek genov, temveč prek molekul, ki so prilepljene na njihovo površino.
Te molekule, znane kot metilne skupine, spremenijo strukturo DNK in lahko vklopijo ali izklopijo gene. Spremembe so znane kot “epigenetske spremembe”, kar pomeni, da se pojavijo “nad” ali “nad” genomom. V mnogih organizmih je DNA posejana z metilnimi skupinami, toda bitja, kot so sadne muhe in okrogli črvi, so izgubili gene, ki jih potrebujejo.
Drug organizem, kvas Cryptococcus neoformans, je prav tako izgubil ključne gene za metilacijo nekje v kredi, pred približno 50-150 milijoni let. Omeniti pa je treba, da ima gliva v svoji sedanji obliki v svojem genomu še vedno metilne skupine. V skladu s teoretično študijo, objavljeno 16. januarja v reviji Cell, so znanstveniki lahko domnevali, da je C. neoformans zaradi novega načina evolucije uspel ohraniti epigenetske spremembe že več deset milijonov let.
“Nismo pričakovali, da bo razkrita skrivnost evolucije,” pravi starejši avtor dr. Hiten Madhani, profesor biokemije in biofizike na Kalifornijski univerzi v San Franciscu.
Znanstveniki preučujejo C. neoformans, da bi bolje razumeli, kako kvas povzroča glivični meningitis pri ljudeh. Po podatkih UCSF gliva okuži ljudi s šibkim imunskim sistemom in je odgovorna za približno 20% vseh smrtnih primerov zaradi virusa HIV / aidsa. Madhani in njegovi kolegi dneve kopajo po genetski kodi C. neoformans in iščejo kritične gene, ki kvasu pomagajo pri vstopu v človeške celice. Toda ekipa je bila presenečena, ko so se pojavila poročila, da je genski material okrašen z metilnimi skupinami.
'Ko smo ugotovili, da [C. neoformans] Metilacija DNA … Mislil sem, da bi morali to pogledati, ne da bi sploh vedeli, kaj bomo našli, «je dejal Madhani.
Pri vretenčarjih in rastlinah celice DNA dodajo metilne skupine z uporabo dveh encimov. Prva, imenovana de novo metiltransferaza, veže metilne skupine na neobarvane gene. Encim obarva vsako polovico vijačne verige DNA z enakim vzorcem metilnih skupin, kar ustvarja simetrično zasnovo. Med delitvijo celic se dvojna vijačnica razvije in iz ustreznih polovic zgradi dve novi verigi DNA. Na tej točki začne encim, imenovan „vzdrževalna metiltransferaza“, kopirati vse metilne skupine iz prvotne verige v novo zgrajeno polovico.
Madhani in sodelavci so preučevali obstoječa evolucijska drevesa, da bi skozi čas sledili zgodovini C. neoformans, in ugotovili, da je imel prednik kvasa oba encima, potrebna za metilacijo DNA v obdobju krede. Toda nekje je C. neoformans izgubil gen, potreben za tvorbo de novo metiltransferaze. Brez encima telo v svojo DNK ni moglo več dodajati novih metilnih skupin – lahko je samo kopiralo obstoječe metilne skupine.
V teoriji bi lahko vzdrževalni encim, tudi če deluje sam, zadrževal DNA v metilnih skupinah za nedoločen čas – če bi lahko vsakič naredil popolno kopijo.
Dejansko encim dela napake in izgublja metilne skupine vsakič, ko se celica deli, ugotavlja ekipa. Ko gojijo v Petrijevi posodi, celice C. neoformans včasih po naključju prejmejo nove metilne skupine, podobno kot pri naključnih mutacijah v DNA. Vendar pa so celice izgubile metilne skupine približno 20-krat hitreje, kot bi lahko dobile nove.
Skupina ocenjuje, da bo približno 7500 generacij izginila vsaka zadnja metilna skupina, tako da encim ne bo imel več možnosti za kopiranje. Glede na hitrost razmnoževanja C. neoformans bi moral kvas v približno 130 letih izgubiti vse metilne skupine. Namesto tega je epigenetske spremembe obdržal več deset milijonov let.
Številne skrivnosti še vedno obkrožajo metilacijo DNA pri C. neoformans. V skladu z Madhanijevo študijo iz leta 2008 je poleg kopiranja metilnih skupin med verigami DNA tudi vzdrževanje metiltransferaze pomembno, ko gre za to, kako kvas povzroča okužbe pri ljudeh. Brez celotnega encima telo ne more tako učinkovito prodreti v celice.
“Nimamo pojma, zakaj je to potrebno za učinkovito okužbo,” je dejal Madhani.
Encim za delovanje potrebuje tudi veliko kemične energije in kopira samo metilne skupine na čisto polovico repliciranih verig DNA. Za primerjavo, enakovredni encim v drugih organizmih ne zahteva dodatne energije za delovanje in včasih sodeluje z golo DNA brez metilnih skupin, piše v poročilu, objavljenem na strežniku za pretiske bioRxiv.
Nadaljnje raziskave bodo pokazale, kako metilacija deluje pri C. neoformans in ali se ta nova oblika evolucije pojavlja pri drugih organizmih.
