Evrim ve doğal seleksiyon, DNA seviyesinde gerçekleşir, çünkü genler mutasyona uğrar ve genetik özellikler zamanla yapışır veya kaybolur. Ancak şimdi, bilim adamları evrimin başka bir ölçekte gerçekleşebileceğini düşünüyorlar - genler aracılığıyla değil, yüzeylerine yapışmış moleküller aracılığıyla.
Metil grupları olarak bilinen bu moleküller, DNA'nın yapısını değiştirir ve genleri açabilir ve kapatabilir. Değişiklikler "epigenetik modifikasyonlar" olarak bilinir, yani bunlar genomun "üstünde" veya "üstünde" görünür. İnsanlar da dahil olmak üzere birçok organizmanın metil gruplarıyla noktalı DNA'sı vardır, ancak meyve sinekleri ve yuvarlak kurtlar gibi canlılar, evrimsel zaman boyunca bunu yapmak için gerekli genleri kaybetmiştir.
Başka bir organizma, maya Cryptococcus neoformansayrıca Kretase döneminde yaklaşık 50 ila 150 milyon yıl önce metilasyon için anahtar genleri kaybetti. Fakat dikkat çekici bir şekilde, mevcut haliyle, mantarın genomunda hala metil grupları vardır. Şimdi, bilim adamları bunu teorize ediyor C. neoformans 16 Ocak'ta Cell dergisinde yayınlanan bir araştırmaya göre, yeni evrim şekli sayesinde on milyonlarca yıl epigenetik düzenlemelere dayanabildi.
Çalışmanın arkasındaki araştırmacılar, San Francisco'daki California Üniversitesi'nde biyokimya ve biyofizik profesörü ve Chan Zuckerberg Biohub'da baş araştırmacı olan kıdemli yazar Dr. Hiten Madhani, dedi Canlı Bilim.
Grup genellikle çalışır C. neoformans mayanın insanlarda mantar menenjitine nasıl neden olduğunu daha iyi anlamak için. Mantar, zayıf bağışıklık sistemlerine sahip insanları enfekte etme eğilimindedir ve UCSF'den yapılan açıklamaya göre, HIV / AIDS ile ilgili tüm ölümlerin yaklaşık% 20'sine neden olmaktadır. Madhani ve meslektaşları günlerini ... C. neoformans, mayanın insan hücrelerini istila etmesine yardımcı olan kritik genleri araştırıyor. Ancak genetik materyalin metil gruplarıyla süslendiğini gösteren raporlar ortaya çıktığında ekip şaşırdı.
"Öğrendiğimizde DNA metilasyonu vardı… Düşündüm ki, ne bulacağımızı bilmeden, buna bakmalıyız, ”dedi Madhani. Omurgalılarda ve bitkilerde, hücreler iki enzimin yardımıyla DNA'ya metil grupları ekler. "De novo metiltransferaz" olarak adlandırılan birincisi, metil gruplarını süssüz genlere yapıştırır. Enzim, sarmal şekilli DNA dizisinin her bir yarısını, aynı metil grupları paterniyle biberleyerek simetrik bir tasarım oluşturur. Hücre bölünmesi sırasında, çift sarmal çözülür ve eşleşen yarımlardan iki yeni DNA şeridi oluşturur. Bu noktada, "bakım metiltransferaz" adı verilen bir enzim, orijinal iplikten tüm metil gruplarını yeni inşa edilen yarısına kopyalamak için salınır. Madhani ve meslektaşları, tarihinin izini sürmek için mevcut evrim ağaçlarına baktılar. C. neoformans zaman içinde ve Kretase döneminde, mayanın atalarının DNA metilasyonu için gerekli her iki enzime sahip olduğunu keşfetti. Ama çizginin bir yerinde, C. neoformans de novo metiltransferaz yapmak için gereken geni kaybetti. Enzim olmadan, organizma artık DNA'sına yeni metil grupları ekleyemezdi - sadece mevcut enzim gruplarını idame enzimini kullanarak kopyalayabilirdi. Teorik olarak, tek başına çalışırken bile, bakım enzimi DNA'yı metil gruplarda süresiz olarak tutabilir - eğer her seferinde mükemmel bir kopya üretebilseydi. Gerçekte, enzim hata yapar ve hücre her bölündüğünde metil gruplarının izini kaybeder. Bir petri kabında yetiştirildiğinde, C. neoformans hücreler nadiren DNA'da rastgele mutasyonların ortaya çıkmasına benzer şekilde rastgele şansla yeni metil grupları kazanmıştır. Bununla birlikte, hücreler metil gruplarını yenilerini kazanabileceklerinden yaklaşık 20 kat daha hızlı kaybetti. Yaklaşık 7.500 kuşak içinde her son metil grubu yok olacak ve bakım enzimini kopyalayacak hiçbir şey bırakmayacaktı. Verilen hız C. neoformans Maya, yaklaşık 130 yıl içinde tüm metil gruplarını kaybetmiş olmalıdır. Bunun yerine, on milyonlarca yıl boyunca epigenetik düzenlemeleri korudu. Madhani, "Kayıp oranı kazanım oranından daha yüksek olduğu için, sistem onu orada tutacak bir mekanizma olmasa zaman içinde yavaşça metilasyonu kaybedecekti." Dedi. Bu mekanizma doğal seleksiyon, dedi. Diğer bir deyişle, C. neoformans yeni metil gruplarını kaybettiklerinden çok daha yavaş kazanıyordu, metilasyon organizmanın "zindeliğini" önemli ölçüde artırdı, bu da daha az metilasyonu olan bireyleri daha fazla rekabet edebileceği anlamına geliyordu. "Fit" bireyler, daha az metil grubuna sahip olanlara üstün gelir ve bu nedenle, metilasyon seviyeleri milyonlarca yıl boyunca daha yüksek kaldı. Ancak bu metil grupları hangi evrimsel avantajı sunabilir? C. neoformans? Madhani, mayanın genomunu potansiyel olarak ölümcül hasarlardan koruyabileceklerini söyledi. "Atlama genleri" olarak da bilinen transpozonlar, genomun etrafında kapılır ve genellikle kendilerini çok rahatsız edici yerlere yerleştirir. Örneğin, bir transpozon hücre hayatta kalması için gerekli bir genin ortasına sıçrayabilir; o hücre arızalanabilir veya ölebilir. Neyse ki, metil grupları transpozonları yakalayabilir ve yerine kilitleyebilir. O olabilir C. neoformans Madhani, transpozonları kontrol altında tutmak için belirli bir DNA metilasyon seviyesini koruduğunu söyledi. Yetkili, "Hiçbir alan özellikle önemli değildir, ancak transpozonlardaki toplam metilasyon yoğunluğunun" evrimsel zaman çizelgeleri üzerinden seçildiğini de sözlerine ekledi. "Aynı şey muhtemelen genomlarımızda da geçerlidir." Birçok gizem hala DNA metilasyonunu çevreliyor C. neoformans. Madhani tarafından yapılan 2008 araştırmasına göre, metil gruplarını DNA zincirleri arasında kopyalamanın yanı sıra, bakım metiltransferaz, mayanın insanlarda enfeksiyonlara neden olduğu konusunda önemli görünmektedir. Enzim bozulmadan organizma etkili bir şekilde hücrelere giremez. "Etkili enfeksiyon için neden gerekli olduğu hakkında hiçbir fikrimiz yok," dedi Madhani. Enzim ayrıca işlev görmesi için büyük miktarlarda kimyasal enerji gerektirir ve sadece metil gruplarını replike edilmiş DNA ipliklerinin boş yarısına kopyalar. Karşılaştırma olarak, bioRxiv ön baskı sunucusunda yayınlanan bir rapora göre, diğer organizmalarda eşdeğer enzimin çalışması için fazladan enerji gerektirmez ve bazen herhangi bir metil grubundan yoksun çıplak DNA ile etkileşime girer. Daha fazla araştırma, metilasyonun tam olarak nasıl çalıştığını ortaya çıkaracaktır. C. neoformansve bu yeni keşfedilen evrim biçiminin diğer organizmalarda ortaya çıkıp çıkmadığı.
