Η εξέλιξη και η φυσική επιλογή λαμβάνουν χώρα σε επίπεδο DNA, καθώς τα γονίδια μεταλλάσσονται και τα γενετικά χαρακτηριστικά είτε παραμένουν είτε χάνονται με το πέρασμα του χρόνου. Ωστόσο, επιστήμονες θεωρούν πως η εξέλιξη ίσως να λαμβάνει χώρα σε μια ολόκληρη νέα κλίμακα- να μην περνιέται μέσω γονιδίων, μα μέσω μορίων που προσκολλώνται στις επιφάνειές τους.
Αυτά τα γονίδια, γνωστά και ως ομάδες μεθυλίων (methyl groups), μεταβάλλουν τη δομή του DNA και μπορούν να ενεργοποιήσουν ή να απενεργοποιήσουν γονίδια. Οι μεταβολές αυτές είναι γνωστές ως «επιγενετικές τροποποιήσεις», κάτι που σημαίνει ότι εμφανίζονται «πάνω» ή «στην κορυφή» του γονιδίου. Πολλοί οργανισμοί, μεταξύ των οποίων και οι άνθρωποι, έχουν DNA με διάσπαρτες ομάδες μεθυλίων, ωστόσο κάποια πλάσματα όπως οι φρουτόμυγες και κάποια είδη σκουληκιών έχασαν τα σχετικά γονίδια με το πέρασμα του χρόνου.
Ένας άλλος οργανισμός, η μαγιά Cryptococcus neoformans, έχασε επίσης βασικά γονίδια για τη μεθυλίωση κατά την Κρητιδική περίοδο, περίπου 50 με 150 εκατομμύρια χρόνια πριν. Ωστόσο, στην παρούσα μορφή του, ο μύκητας έχει ακόμα ομάδες μεθυλίων στο γονιδίωμά του, και επιστήμονες θεωρούν ότι το C. neoformans ήταν σε θέση να διατηρήσει επιγενετικές τροποποιήσεις για δεκάδες εκατομμύρια χρόνια χάρη σε ένα νεοανακαλυφθέν είδος εξέλιξης, σύμφωνα με μελέτη που δημοσιεύτηκε στις 16 Ιανουαρίου στο Cell.
Οι ερευνητές δεν περίμεναν να ανακαλύψουν ένα από από τα καλύτερα κρυμμένα μυστικά της εξέλιξης, είπε ο Χιτέν Μαντχανί, καθηγητής Βιοχημείας και Βιοφυσικής στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Σαν Φρανσίσκο (UCSF), και επικεφαλής ερευνητής στο Chan Ζuckerberg Biohub.
H ομάδα των ερευνητών κανονικά μελετά το C. neoformans για να κατανοήσει καλύτερα το πώς η μαγιά προκαλεί μυκητιασική μηνιγγίτιδα σε ανθρώπους. Ο μύκητας τείνει να μολύνει ανθρώπους με αδύναμα ανοσοποιητικά συστήματα και προκαλεί περίπου το 20% όλων των σχετιζόμενων με HIV/ AIDS θανάτων, σύμφωνα με ανακοίνωση του UCSF. Ο Μαντχανί και οι συνάδελφοί του μελετούν τον γενετικό κώδικα του C.neoformans, αναζητώντας κρίσιμης σημασίας γονίδια που βοηθούν τη μαγιά να «εισβάλει» σε ανθρώπινα κύτταρα- ωστόσο ήταν έκπληξη όταν προέκυψαν αναφορές πως το γενετικό υλικό συνοδεύεται από ομάδες μεθυλίων.
«Όταν μάθαμε ότι το C. neoformans είχε μεθυλίωση DNA…σκέφτηκα πως έπρεπε να το δούμε, χωρίς να ξέρουμε τι θα βρούμε» είπε ο Μαντχανί.
Οι ερευνητές εξέτασαν τα υπάρχοντα εξελικτικά δέντρα για να εξετάσουν την ιστορία του C. neoformans ανά το πέρασμα του χρόνου και διαπίστωσαν πως, κατά την Κρητιδική περίοδο, ο πρόγονος της μαγιάς είχε τα ένζυμα που απαιτούνταν για τη μεθυλίωση DNA. Ωστόσο, κάπου στην πορεία το C. neoformans έχασε ένα απαραίτητο γονίδιο, οπότε δεν μπορούσε πλέον να προσθέσει νέες ομάδες μεθυλίων στο DNA του, αλλά απλά να αντιγράψει υπάρχουσες.
Όπως υπολόγισαν οι ερευνητές, μέσα σε 7.500 γενιές το ένζυμο συντήρησης που απέμεινε, εν τέλει έμεινε χωρίς ομάδες μεθυλίων για να αντιγράψει. Δεδομένης της ταχύτητας πολλαπλασιασμού της, η μαγιά θα έπρεπε να είχε χάσει όλες τις ομάδες μεθυλίων της μέσα σε περίπου 130 χρόνια. Αντ’αυτού διατήρησε τις επιγενετικές τροποποιήσεις για δεκάδες εκατομμύρια χρόνια.
«Επειδή ο ρυθμός απώλειας είναι μεγαλύτερος από τον ρυθμό απόκτησης, το σύστημα θα έχανε αργά τη μεθυλίωση με το πέρασμα του χρόνου εάν δεν υπήρχε κάποιος μηχανισμός για να την κρατά εκεί» είπε ο Μαντχανί. Ο μηχανισμός αυτός είναι η φυσική επιλογή, σημείωσε: Με άλλα λόγια, αν και το C. neoformans αποκτούσε νέες ομάδες μεθυλίων πολύ πιο αργά από ό,τι τις έχανε, η μεθυλίωση βελτίωνε δραματικά την κατάσταση του οργανισμού . Όσον αφορά στο εξελικτικό πλεονέκτημα, κατά τον Μαντχανί ενδέχεται να ήταν η προστασία του γονιδιώματος από μεγάλες ζημιές.
Τα τρανσποζόνια (μεταθετά στοιχεία- γνωστά ως «jumping genes», γονίδια που μεταπηδούν) κινούνται ανά το γονιδίωμα και συχνά εγκαθίστανται σε περίεργα μέρη. Οι ομάδες μεθυλίων μπορούν να «αρπάζουν» τα τρανσποζόνια και να τα «κλειδώνουν». Κατά τον Μαντχανί ίσως το C. neoformans να διατηρεί ένα επίπεδο μεθυλίωσης DNA για να τα ελέγχει.
Είναι πολλά τα μυστήρια γύρω από τη μεθυλίωση DNA στο C. neoformans, και περαιτέρω έρευνες αναμένεται να αποκαλύψουν περισσότερα στοιχεία σχετικά με το πώς ακριβώς λειτουργεί η μεθυλίωση στον οργανισμό αυτό και εάν αυτή η μορφή εξέλιξης εμφανίζεται σε άλλους οργανισμούς.
