Еволуција и природна селекција одвијају се на нивоу ДНК, јер гени мутирају, а генетске особине се задржавају или се временом губе. Али сада, научници мисле да се еволуција може одвијати на потпуно другој скали - која се преноси не кроз гене, већ кроз молекуле који су заглавили на њиховим површинама.
Ови молекули познати као метилне групе мењају структуру ДНК и могу укључивати и искључивати гене. Промјене су познате и као "епигенетске модификације", што значи да се појављују "изнад" или "на врху" генома. Многи организми, укључујући људе, имају ДНК испрекидани метилним групама, али бића попут воћних мува и округлих глиста изгубила су потребне гене да то ураде током еволуционог времена.
Други организам, квас Цриптоцоццус неоформанс, такође изгубили кључне гене за метилацију негде током периода креде, пре око 50 до 150 милиона година. Али невероватно је да у свом тренутном облику гљива још увек има метилне групе на свом геному. Научници то теоретизирају Ц. неоформанс био способан да се придржава епигенетских измена током десетина милиона година, захваљујући новом пронађеном начину еволуције, наводи се у студији објављеној 16. јануара у часопису Целл.
Истраживачи који стоје иза студије нису очекивали да ће открити чувану тајну еволуције, старији аутор др Хитен Мадхани, професор биохемије и биофизике на Калифорнијском универзитету у Сан Франциску и главни истраживач Био Зуба Цхан Зуцкерберг, за Ливе Сциенце.
Група обично проучава Ц. неоформанс да боље схватимо како квас изазива гљивични менингитис код људи. Гљива има тенденцију да инфицира људе са слабим имунолошким системом и изазива око 20% свих смртних случајева повезаних са ХИВ / АИДС-ом, према изјави из УЦСФ. Мадхани и његове колеге проводе дане копајући по генетском коду Ц. неоформанс, тражећи критичне гене који помажу квасцу да нападне људске ћелије. Али тим је био изненађен када су се појавили извештаји који указују да генетски материјал долази украшен метилним групама.
"Када смо сазнали имао метилацију ДНК ... Мислио сам, морамо то да посматрамо, не знајући уопште шта ћемо да нађемо ", рекао је Мадхани. Код кичмењака и биљака ћелије додају метилне групе у ДНК уз помоћ два ензима. Прва, која се зове „де ново метилтрансфераза“, наноси метилне групе на непримјерене гене. Ензим паприка сваку половину врпце ДНК у облику хелика са истим узорком метилних група, стварајући симетричан дизајн. Током деобе ћелија, двострука спирала се одмотава и од две одговарајуће половине ствара две нове ДНК нити. У овом тренутку, ензим под називом "одржавајућа метилтрансфераза" упада да би копирао све метилне групе из првобитног ланца на новоизграђену половину. Мадхани и његове колеге погледали су постојећа еволутивна стабла како би пратили историју Ц. неоформанс временом и открио је да је током кредског периода предак квасца имао оба ензима потребна за метилацију ДНК. Али негде дуж црте, Ц. неоформанс изгубио је ген потребан за прављење де ново метилтрансферазе. Без ензима организам више није могао да додаје нове метилне групе у своју ДНК - могао је копирати постојеће метилне групе користећи свој ензим за одржавање. Теоретски, чак и радећи сам, ензим за одржавање би могао да држи ДНК покривен у метилним групама у недоглед - ако би могао да створи савршену копију сваки пут. У стварности, ензим прави грешке и губи траг метилних група сваки пут када се ћелија подели, открила је екипа. Када се узгаја у петријевој посуди, Ц. неоформанс ћелије су повремено добијале нове метилне групе случајним случајем, слично као што настају случајне мутације у ДНК. Међутим, ћелије су изгубиле метилне групе око 20 пута брже него што су могле да добију нове. За приближно 7.500 генерација свака задња метилна група би нестала, а одржавајући ензим више нема шта да копира, проценио је тим. С обзиром на брзину којом Ц. неоформанс множећи се, квасац је требао изгубити све своје метилне групе у року од око 130 година. Уместо тога, она је задржала епигенетске измене десетинама милиона година. "Будући да је стопа губитка већа од стопе добитка, систем би с временом полако губио метилацију да не постоји механизам који би га задржао", рекао је Мадхани. Тај механизам је природна селекција, рекао је. Другим речима, иако Ц. неоформанс добијао је нове метилне групе много спорије него што их је губио, метилација је драматично повећала „кондицију“ организма, што је значило да може надметати појединце са мање метилације. "Фит" појединци превладали су над онима са мање метилних група, и тако су ниво метилације остали виши током милиона година. Али какву еволуцијску предност могу понудити ове метилне групе Ц. неоформанс? Па, они би могли заштитити геном квасца од потенцијално смртоносног оштећења, рекао је Мадхани. Транспозони, такође познати као "скакајући гени", скакућу око генома и често се убацују на веома незгодна места. На пример, транспосон може скочити у центар гена потребног за преживљавање ћелија; та ћелија може неисправно радити или умрети. Срећом, метилне групе могу се дочепати на транспону и закључати их на месту. То је можда то Ц. неоформанс одржава одређени ниво метилације ДНК ради контроле транспозона, рекао је Мадхани. "Ниједно појединачно место није посебно важно, али укупна густина метилације транспозона је одабрана за" током еволуционог временског распореда, додао је. "Иста ствар вероватно важи и у нашим генима." Многе мистерије и даље окружују метилацију ДНК Ц. неоформанс. Осим копирања метилних група између праменова ДНК, чини се да је одржавање метилтрансферазе важно када је у питању како квасац изазива инфекције код људи, показало је Мадханијево истраживање из 2008. године. Без ензима нетакнутог, организам се не може ефикасно пробити у ћелије. "Немамо појма зашто је то потребно за ефикасну инфекцију", рекао је Мадхани. За функционисање ензима такође су потребне велике количине хемијске енергије и копирају само метилне групе на празну половину реплицираних ланаца ДНК. За поређење, еквивалентни ензим у другим организмима не захтева додатну енергију да би функционисао, а понекад и у интеракцији са голом ДНК, без било које метилне групе, наводи се у извештају објављеном на серверу за штампање биоРкив. Даља истраживања ће тачно открити како делује метилација Ц. неоформанси да ли се овај нови пронађени облик еволуције појављује код других организама.
