Para saintis telah menemui satu bentuk pemilihan semula jadi yang tidak bergantung pada DNA.
Evolusi dan pemilihan semula jadi berlaku di peringkat DNA, kerana gen bermutasi dan sifat genetik sama ada kekal atau hilang dari masa ke masa. Tetapi sekarang para saintis percaya bahawa evolusi dapat terjadi pada skala yang sama sekali berbeza – disebarkan bukan melalui gen, tetapi melalui molekul yang menempel ke permukaannya.
Molekul-molekul ini, yang dikenali sebagai kumpulan metil, mengubah struktur DNA dan dapat menghidupkan dan mematikan gen. Perubahan tersebut dikenali sebagai 'modifikasi epigenetik', yang bermaksud perubahan tersebut muncul di atas atau di atas genom. Dalam banyak organisma, DNA dihiasi dengan kumpulan metil, tetapi makhluk seperti lalat buah dan cacing gelang telah kehilangan gen yang mereka perlukan.
Organisme lain, ragi Cryptococcus neoformans, juga kehilangan gen utama untuk metilasi suatu ketika di Cretaceous, sekitar 50-150 juta tahun yang lalu. Tetapi perlu diperhatikan bahawa dalam bentuknya sekarang, kulat masih mempunyai kumpulan metil dalam genomnya. Sekarang, menurut kajian teori yang diterbitkan pada 16 Januari di jurnal Cell, para saintis dapat membuat hipotesis bahawa C. neoformans telah berjaya mengekalkan perubahan epigenetik selama puluhan juta tahun berkat cara evolusi baru.
“Kami tidak menyangka rahsia evolusi akan terungkap,” kata pengarang kanan Dr. Hiten Madhani, profesor biokimia dan biofizik di University of California, San Francisco.
Para saintis mengkaji C. neoformans untuk lebih memahami bagaimana ragi menyebabkan meningitis kulat pada manusia. Menurut UCSF, jamur menjangkiti orang dengan sistem imun yang lemah dan bertanggungjawab untuk sekitar 20% dari semua kematian akibat HIV / AIDS. Madhani dan rakan-rakannya menghabiskan masa mereka dengan menggali kod genetik C. neoformans, mencari gen kritikal yang membantu ragi memasuki sel manusia. Tetapi pasukan itu terkejut ketika laporan muncul bahawa bahan genetik itu dihiasi dengan kumpulan metil.
'Ketika kami mendapat tahu bahawa [C. neoformans] Metilasi DNA … Saya fikir kita harus melihatnya tanpa mengetahui apa yang akan kita dapati, “kata Madhani.
Pada vertebrata dan tumbuhan, sel menambahkan kumpulan metil ke DNA menggunakan dua enzim. Yang pertama, yang disebut 'de novo methyltransferase', menghubungkan kumpulan metil pada gen yang tidak ternoda. Enzim mengotorkan setiap separuh helai DNA heliks dengan corak kumpulan metil yang sama, membuat reka bentuk simetri. Semasa pembelahan sel, heliks berganda terungkap dan membina dua helai DNA baru dari bahagian yang sepadan. Pada ketika ini, enzim yang disebut 'pemeliharaan metiltransferase' mula menyalin semua kumpulan metil dari rantai asal ke separuh yang baru dibina.
Madhani dan rakan-rakannya mengkaji pokok evolusi yang ada untuk menelusuri sejarah C. neoformans dari masa ke masa, dan mendapati bahawa nenek moyang ragi mempunyai kedua-dua enzim yang diperlukan untuk memetilasi DNA semasa Zaman Kapur. Tetapi di suatu tempat, C. neoformans kehilangan gen yang diperlukan untuk membuat metiltransferase de novo. Tanpa enzim, tubuh tidak lagi dapat menambahkan kumpulan metil baru ke dalam DNAnya – ia hanya dapat menyalin kumpulan metil yang ada.
Secara teori, walaupun bekerja sendiri, enzim pemeliharaan dapat mengekalkan DNA dalam kumpulan metil selama-lamanya – jika dapat membuat salinan sempurna setiap masa.
Sebenarnya, enzim membuat kesilapan dan kehilangan kumpulan metil setiap kali sel membelah, kata pasukan itu. Apabila tumbuh di dalam piring Petri, sel C. neoformans kadang-kadang secara tidak sengaja memperoleh kumpulan metil baru, serupa dengan bagaimana mutasi rawak berlaku dalam DNA. Walau bagaimanapun, sel kehilangan kumpulan metil sekitar 20 kali lebih cepat daripada yang baru.
Pasukan ini menganggarkan bahawa lebih dari 7.500 generasi, setiap kumpulan metil terakhir akan hilang, tidak ada yang tersisa untuk disalin oleh enzim. Memandangkan kadar C. neoformans berkembang biak, ragi seharusnya kehilangan semua kumpulan metilnya dalam masa kira-kira 130 tahun. Sebaliknya, dia mengekalkan suntingan epigenetik selama puluhan juta tahun.
Banyak misteri masih mengelilingi metilasi DNA di C. neoformans. Selain menyalin kumpulan metil antara helai DNA, pemeliharaan metiltransferase nampaknya penting ketika datang ke bagaimana ragi menyebabkan jangkitan pada manusia, menurut kajian Madhani pada tahun 2008. Tanpa keseluruhan enzim, tubuh tidak dapat menembusi sel dengan cekap.
“Kami tidak tahu mengapa ini diperlukan untuk jangkitan yang berkesan,” kata Madhani.
Enzim ini juga memerlukan sejumlah besar tenaga kimia untuk berfungsi dan hanya menyalin kumpulan metil ke separuh helai DNA yang direplikasi. Sebagai perbandingan, enzim yang setara dalam organisma lain tidak memerlukan tenaga tambahan untuk berfungsi dan kadang-kadang berinteraksi dengan DNA telanjang tanpa kumpulan metil, menurut laporan yang diterbitkan di pelayan preprint bioRxiv.
Penyelidikan lebih lanjut akan menunjukkan bagaimana metilasi berfungsi di C. neoformans dan apakah bentuk evolusi baru ini muncul dalam organisma lain.
