Vedci objavili formu prírodného výberu, ktorá nezávisí od DNA.
Evolúcia a prirodzený výber prebiehajú na úrovni DNA, pretože gény mutujú a genetické vlastnosti buď zostávajú, alebo sa časom stratia. Teraz sa však vedci domnievajú, že evolúcia môže prebiehať v úplne inom meradle – neprenáša sa cez gény, ale cez molekuly prilepené k ich povrchu.
Tieto molekuly, známe ako metylové skupiny, menia štruktúru DNA a môžu zapínať a vypínať gény. Zmeny sú známe ako „epigenetické modifikácie“, čo znamená, že sa objavujú „nad“ alebo „nad“ genómom. V mnohých organizmoch je DNA posiata metylovými skupinami, ale bytosti ako ovocné mušky a škrkavky stratili potrebné gény.
Ďalší organizmus, kvasinka Cryptococcus neoformans, tiež stratil kľúčové gény pre metyláciu niekedy v kriede, asi pred 50 – 150 miliónmi rokov. Je však pozoruhodné, že v súčasnej podobe má huba vo svojom genóme stále metylové skupiny. Teraz podľa teoretickej štúdie publikovanej 16. januára v časopise Cell dokázali vedci predpokladať, že C. neoformans dokázal vďaka novému spôsobu evolúcie udržiavať epigenetické zmeny už desiatky miliónov rokov.
„Nečakali sme, že bude odhalené tajomstvo evolúcie,“ hovorí hlavný autor Dr. Hiten Madhani, profesor biochémie a biofyziky na Kalifornskej univerzite v San Franciscu.
Vedci študujú C. neoformans, aby lepšie pochopili, ako kvasinky spôsobujú u ľudí plesňovú meningitídu. Podľa UCSF huba infikuje ľudí so slabým imunitným systémom a je zodpovedná za asi 20% všetkých úmrtí na HIV / AIDS. Madhani a jeho kolegovia trávia dni kopaním genetického kódu C. neoformans a hľadaním kritických génov, ktoré pomáhajú kvasinkám vstupovať do ľudských buniek. Tím bol ale prekvapený, keď vyplávali na povrch správy, že genetický materiál je zdobený metylovými skupinami.
„Keď sme zistili, že [C. neoformans] Metylácia DNA … Myslel som si, že by sme sa na to mali pozrieť bez toho, aby sme vôbec vedeli, čo nájdeme, “povedal Madhani.
U stavovcov a rastlín bunky pridávajú metylové skupiny k DNA pomocou dvoch enzýmov. Prvá s názvom de novo metyltransferáza viaže metylové skupiny na nefarbené gény. Enzým zafarbí každú polovicu špirálovitého reťazca DNA rovnakým vzorom metylových skupín, čo vytvára symetrický dizajn. Počas bunkového delenia sa dvojitá špirála odvíja a zo zodpovedajúcich polovíc vytvára dva nové reťazce DNA. V tomto okamihu začne enzým nazývaný „udržiavacia metyltransferáza“ kopírovať všetky metylové skupiny z pôvodného reťazca do novo skonštruovanej polovice.
Madhani a kolegovia študovali existujúce evolučné stromy, aby sledovali históriu C. neoformans v priebehu času, a zistili, že predchodca kvasiniek mal oba enzýmy potrebné na metyláciu DNA v období kriedy. Ale niekde C. neoformans stratili gén potrebný na výrobu de novo metyltransferázy. Bez enzýmu by telo už nemohlo pridávať nové metylové skupiny do svojej DNA – mohlo by kopírovať iba existujúce metylové skupiny.
Teoreticky, aj keď pracuje samostatne, udržiavací enzým by mohol zadržiavať DNA v metylových skupinách na neurčito – ak by zakaždým dokázal vytvoriť dokonalú kópiu.
Tím v skutočnosti zistil, že enzým robí chyby a stráca metylové skupiny zakaždým, keď sa bunka rozdelí. Keď sa bunky C. neoformans pestujú v Petriho miske, niekedy náhodne dostanú nové metylové skupiny, podobne ako sa vyskytujú náhodné mutácie v DNA. Bunky však stratili metylové skupiny asi 20-krát rýchlejšie, ako by mohli získať nové.
Tím odhaduje, že počas asi 7 500 generácií zmizne každá posledná metylová skupina a nezostane nič, čo by enzým kopíroval. Vzhľadom na rýchlosť množenia C. neoformans mali kvasinky stratiť všetky svoje metylové skupiny asi za 130 rokov. Namiesto toho si epigenetické úpravy ponechal desiatky miliónov rokov.
Mnoho záhad stále obklopuje metyláciu DNA u C. neoformans. Okrem kopírovania metylových skupín medzi reťazcami DNA sa podľa štúdie Madhani z roku 2008 zdá byť dôležitá udržiavacia metyltransferáza, pokiaľ ide o to, ako kvasinky spôsobujú infekcie u ľudí. Bez celého enzýmu nemôže telo preniknúť do buniek tak efektívne.
“Netušíme, prečo je to nevyhnutné pre účinnú infekciu,” povedal Madhani.
Enzým tiež vyžaduje na svoje fungovanie veľké množstvo chemickej energie a iba kopíruje metylové skupiny do čistej polovice replikovaných reťazcov DNA. V porovnaní s tým ekvivalentný enzým v iných organizmoch nevyžaduje žiadnu ďalšiu energiu na to, aby fungoval, a niekedy interaguje s nahou DNA bez chýbajúcich metylových skupín, uvádza sa v správe zverejnenej na serveri predtlače bioRxiv.
Ďalší výskum ukáže, ako funguje metylácia u C. neoformans a či sa táto nová forma evolúcie objavuje v iných organizmoch.
