A tudósok felfedezték a természetes szelekció olyan formáját, amely nem függ a DNS-től.
Az evolúció és a természetes szelekció DNS-szinten zajlik, mivel a gének mutálódnak, és a genetikai tulajdonságok vagy megmaradnak, vagy idővel elvesznek. De most a tudósok úgy vélik, hogy az evolúció teljesen más léptékben valósulhat meg – nem gének, hanem a felszínükre tapadt molekulák által továbbítva.
Ezek a metilcsoportként ismert molekulák megváltoztatják a DNS szerkezetét, és be- és kikapcsolhatják a géneket. A változásokat „epigenetikus módosításoknak” nevezik, vagyis a genom felett vagy felett jelennek meg. Számos organizmusban a DNS-t metilcsoportok tarkítják, de az olyan lények, mint a gyümölcslegyek és a gömbférgek, elvesztették a szükséges géneket.
Egy másik organizmus, a Cryptococcus neoformans élesztő, szintén elveszítette a metiláció kulcsgénjeit valamikor a krétakorban, körülbelül 50-150 millió évvel ezelőtt. De figyelemre méltó, hogy jelenlegi formájában a gomba genomjában még mindig vannak metilcsoportok. A Cell folyóiratban január 16-án közzétett elméleti tanulmány szerint a tudósok feltételezni tudták, hogy a C. neoformans-nak az evolúció új módjának köszönhetően több tízmillió évig sikerült fenntartania az epigenetikai változásokat.
“Arra nem számítottunk, hogy az evolúció titka kiderül” – mondja Dr. Hiten Madhani vezető szerző, a San Francisco-i Kaliforniai Egyetem biokémiai és biofizikai professzora.
A tudósok a C. neoformans-t tanulmányozzák, hogy jobban megértsék, hogy az élesztő hogyan okozza az emberekben a gombás agyhártyagyulladást. Az UCSF szerint a gomba gyenge immunrendszerű embereket fertőz meg, és az összes HIV / AIDS haláleset mintegy 20% -áért felelős. Madhani és munkatársai napjaikat a C. neoformans genetikai kódjának átkutatásával töltik, és keresik azokat a kritikus géneket, amelyek segítenek az élesztő bejutni az emberi sejtekbe. De a csapat meglepődött, amikor feljelentések jelentek meg arról, hogy a genetikai anyagot metilcsoportok díszítik.
– Amikor megtudtuk, hogy [C. neoformánok] DNS-metiláció … Azt gondoltam, hogy ezt úgy kell megvizsgálnunk, hogy nem is tudnánk, mit találunk – mondta Madhani.
Gerincesekben és növényekben a sejtek két enzim segítségével metilcsoportokat adnak a DNS-hez. Az első, az úgynevezett „de novo metiltranszferáz” metilcsoportokat köt a nem festett génekhez. Az enzim a spirális DNS-szál mindkét felét ugyanazzal a metilcsoport-mintával festi, szimmetrikus kialakítást hozva létre. A sejtosztódás során a kettős spirál kibontakozik, és a megfelelő felekből két új DNS-szálat épít fel. Ezen a ponton egy „fenntartó metiltranszferáznak” nevezett enzim megkezdi az összes metilcsoport másolását az eredeti láncról az újonnan felépített felére.
Madhani és munkatársai a meglévő evolúciós fákat tanulmányozták, hogy felkutassák a C. neoformans történetét az idők folyamán, és megállapították, hogy az élesztő őse mindkét krétakori DNS-metilációhoz szükséges enzimmel rendelkezik. De valahol a C. neoformans elvesztette a de novo metiltranszferáz előállításához szükséges gént. Enzim nélkül a test már nem tudott új metilcsoportokat adni a DNS-hez – csak a meglévő metilcsoportokat tudta lemásolni.
Elméletileg egy karbantartó enzim akár egyedül is dolgozva korlátlanul megtarthatja a metilcsoportokban lévő DNS-t – ha minden alkalommal tökéletes másolatot tud készíteni.
Valójában az enzim hibákat követ el és elveszíti a metilcsoportokat, valahányszor egy sejt osztódik – állapította meg a csapat. Petri-csészében növesztve a C. neoformans sejtek néha véletlenül új metilcsoportokat kapnak, hasonlóan ahhoz, ahogy a DNS-ben véletlenszerű mutációk történnek. A sejtek azonban körülbelül 20-szor gyorsabban veszítették el a metilcsoportokat, mint amennyit újakhoz juthattak.
A csapat becslése szerint körülbelül 7500 generáción belül minden utolsó metilcsoport eltűnik, és semmi sem marad az enzim másolásához. Tekintettel a C. neoformans szaporodásának sebességére, az élesztőnek körülbelül 130 év alatt el kellett volna veszítenie az összes metilcsoportját. Ehelyett több tízmillió évig megőrizte az epigenetikus szerkesztéseket.
A C. neoformans DNS-metilációját sok titok övezi. Madhani 2008-as tanulmánya szerint a metilcsoportok DNS-szálak közötti másolása mellett fontosnak tűnik a fenntartó metil-transzferáz, amikor arról van szó, hogy az élesztő hogyan okoz fertőzéseket az emberekben. Teljes enzim nélkül a test nem képes olyan hatékonyan behatolni a sejtekbe.
“Fogalmunk sincs, miért van erre szükség a hatékony fertőzés érdekében” – mondta Madhani.
Az enzim működéséhez sok kémiai energiára is szükség van, és csak a metilcsoportokat másolja a replikált DNS-szálak tiszta felébe. Összehasonlításképpen, a többi organizmusban lévő ekvivalens enzim működéséhez nincs szükség további energiára, és néha kölcsönhatásba lép metilcsoport nélküli meztelen DNS-sel – áll a bioRxiv preprint szerveren közzétett jelentés szerint.
További kutatások megmutatják, hogyan működik a metiláció C. neoformans-ban, és hogy az evolúciónak ez az új formája megjelenik-e más organizmusokban.
