Vědci objevili formu přirozeného výběru, který nezávisí na DNA.
Evoluce a přirozený výběr probíhá na úrovni DNA, protože geny mutují a genetické vlastnosti buď zůstávají, nebo se časem ztrácejí. Nyní se však vědci domnívají, že evoluce může probíhat ve zcela jiném měřítku – nepřenáší se prostřednictvím genů, ale prostřednictvím molekul přilepených k jejich povrchu.
Tyto molekuly, známé jako methylové skupiny, mění strukturu DNA a mohou zapínat a vypínat geny. Změny jsou známé jako „epigenetické modifikace“, což znamená, že se objevují „nad“ nebo „nad“ genomem. V mnoha organismech je DNA poseta methylovými skupinami, ale tvorové jako ovocné mušky a škrkavky ztratili geny, které potřebují.
Další organismus, kvasinka Cryptococcus neoformans, také ztratil klíčové geny pro methylaci někdy v křídě, asi před 50–150 miliony let. Je však pozoruhodné, že ve své současné podobě má houba ve svém genomu stále methylové skupiny. Nyní, podle teoretické studie publikované 16. ledna v časopise Cell, se vědcům podařilo předpokládat, že C. neoformans dokázala udržovat epigenetické změny po desítky milionů let díky novému způsobu evoluce.
„Nečekali jsme, že bude odhaleno tajemství evoluce,“ říká hlavní autor Dr. Hiten Madhani, profesor biochemie a biofyziky na Kalifornské univerzitě v San Francisku.
Vědci studují C. neoformans, aby lépe pochopili, jak kvasinky způsobují u lidí houbovou meningitidu. Podle UCSF houba infikuje lidi se slabým imunitním systémem a je zodpovědná za přibližně 20% všech úmrtí na HIV / AIDS. Madhani a jeho kolegové tráví dny kopáním genetického kódu C. neoformans a hledáním kritických genů, které pomáhají kvasinkám vstupovat do lidských buněk. Tým však byl překvapen, když se objevily zprávy, že genetický materiál byl zdoben methylovými skupinami.
„Když jsme zjistili, že [C. neoformans] Methylace DNA … Myslel jsem, že bychom se na to měli podívat, aniž bychom věděli, co najdeme, “řekl Madhani.
U obratlovců a rostlin buňky přidávají methylové skupiny k DNA pomocí dvou enzymů. První, nazvaný „de novo methyltransferáza“, váže methylové skupiny na nepoškozené geny. Enzym obarví každou polovinu spirálovitého řetězce DNA stejným vzorcem methylové skupiny, čímž vytvoří symetrický design. Během buněčného dělení se dvojitá šroubovice rozvíjí a buduje dva nové řetězce DNA z odpovídajících polovin. V tomto okamžiku začne enzym zvaný „udržovací methyltransferáza“ kopírovat všechny methylové skupiny z původního řetězce do nově vybudované poloviny.
Madhani a kolegové studovali existující evoluční stromy, aby sledovali historii C. neoformans v průběhu času, a zjistili, že předchůdce kvasinek měl oba enzymy nezbytné pro methylaci DNA v období křídy. Ale někde C. neoformans ztratil gen potřebný k výrobě de novo methyltransferázy. Bez enzymu by tělo již nemohlo do své DNA přidávat nové methylové skupiny – mohlo by kopírovat pouze existující methylové skupiny.
Teoreticky by udržovací enzym teoreticky mohl udržovat DNA v methylových skupinách neomezeně – pokud by pokaždé dokázal vytvořit dokonalou kopii.
Enzym ve skutečnosti dělá chyby a ztrácí methylové skupiny pokaždé, když se buňka rozdělí, našel tým. Když se pěstují v Petriho misce, buňky C. neoformans někdy náhodně dostávají nové methylové skupiny, podobně jako náhodné mutace v DNA. Buňky však ztratily methylové skupiny asi 20krát rychleji, než mohly získat nové.
Tým odhaduje, že během přibližně 7500 generací zmizí každá poslední methylová skupina a nezbude nic, co by mohl enzym kopírovat. Vzhledem k rychlosti, jakou se C. neoformans množí, měly kvasinky během asi 130 let ztratit všechny své methylové skupiny. Místo toho si uchoval epigenetické úpravy po desítky milionů let.
Mnoho záhad stále obklopuje metylaci DNA u C. neoformans. Kromě kopírování methylových skupin mezi řetězci DNA se podle studie Madhani z roku 2008 zdá být důležitá udržovací methyltransferáza, pokud jde o to, jak kvasinky způsobují infekce u lidí. Bez celého enzymu nemůže tělo pronikat buňkami tak účinně.
“Nemáme tušení, proč je to nezbytné pro účinnou infekci,” řekl Madhani.
Enzym také vyžaduje ke své funkci spoustu chemické energie a kopíruje pouze methylové skupiny do čisté poloviny replikovaných řetězců DNA. Ve srovnání s tím ekvivalentní enzym v jiných organismech nevyžaduje další energii, aby fungoval, a někdy interaguje s nahou DNA bez jakýchkoli methylových skupin, uvádí zpráva zveřejněná na předtiskovém serveru bioRxiv.
Další výzkum ukáže, jak funguje methylace u C. neoformans a zda se tato nová forma evoluce objevuje v jiných organismech.
