Исследователи из Университета штата Небраска-Линкольн нашли революционное доказательство того, что эволюционный феномен, воздействующий на сложные организмы, проявляется и в их одноклеточных аналогах.

Софи Пейн, докторант в области биологических наук, является соавтором исследования, показывающего, что одноклеточные организмы, известные как археи, могут передавать признаки даже без изменений в их ДНК. Это явление, известное как эпигенетика, было обнаружено у вида, который поедает кристаллическую серу. Грег Натан | Связь с университетом В Большом призматическом источнике Йеллоустонского национального парка обитают любящие тепло и кислоту археи. Фото: Shutterstock

Виды чаще всего развиваются в результате мутаций ДНК, наследуемых последующими поколениями. Несколько десятилетий назад исследователи начали обнаруживать, что многоклеточные виды также могут эволюционировать посредством эпигенетики: черты, происходящие от наследования клеточных белков, которые контролируют доступ к ДНК организма, а не генетические изменения.

Поскольку эти белки могут реагировать на изменения в окружающей среде организма, эпигенетика находится на все более тонкой грани между природой и питанием. Доказательства этого появились только у эукариот, многоклеточной области жизни, которая включает животных, растения и несколько других царств.

Но серия экспериментов Софи Пэйн, Пола Блума и его коллег из Небраски показала, что эпигенетика может передавать чрезвычайную устойчивость к кислоте у видов архей: микроскопических одноклеточных организмов, которые имеют общие черты как с эукариотами, так и с бактериями.

«Удивительно, что это в этих относительно примитивных организмах, которые, как мы знаем, являются древними», — сказал Блум, профессор биологических наук Чарльза Бесси в Небраске. «Мы думаем об этом как о чем-то (эволюционно) новом. Но эпигенетика не новичок на планете ».

Группа исследователей обнаружила это явление в Sulfolobus solfataricus, сероедающем виде, который процветает в кипящих уксусно-кислых источниках Йеллоустонского национального парка. Подвергая виды повышенным уровням кислотности в течение нескольких лет, исследователи создали три штамма, которые продемонстрировали устойчивость в 178 раз больше, чем у их предков из Йеллоустона.

Один из этих штаммов развил устойчивость, несмотря на отсутствие мутаций в его ДНК, в то время как два других подверглись мутациям во взаимоисключающих генах, которые не способствуют устойчивости к кислоте. И когда команда разрушила белки, которые, как считалось, контролировали экспрессию генов, имеющих отношение к устойчивости, — оставив саму ДНК нетронутой, — эта устойчивость внезапно исчезла в последующих поколениях.

«Мы предсказывали, что они будут мутировать, и мы будем следовать мутациям, и это научит нас тому, что вызвало чрезвычайную устойчивость к кислотам», — сказал Блум. «Но это не то, что мы нашли».

Хотя эпигенетика необходима для некоторых из наиболее продуктивных и разрушительных физиологических процессов у людей — дифференциация клеток примерно в 200 типов, возникновение рака — по-прежнему трудно изучать у эукариот.

По словам Блума, простота архей в сочетании с тем, что их клетки напоминают эукариот в некоторых важных аспектах, должны позволить исследователям исследовать эпигенетические вопросы гораздо быстрее и дешевле, чем это было возможно раньше.

«Мы не знаем, что переключает людей на изменение эпигенетических черт», — сказал Блум. «И мы, конечно же, не знаем, как обратить это вспять очень часто. Это первое, что мы пойдем после: как включить его, как выключить, как заставить его переключаться. И это имеет свои преимущества, когда вы думаете о (управлении) чертами в нас или чертами растений ».

Тем не менее, открытие также вызывает вопросы, сказал Пейн, особенно о том, как и эукариоты, и археи приняли эпигенетику как метод наследования.

«Может быть, у них обоих это было, потому что они отличались от общего предка, у которого это было», — сказал Пейн, докторант в области биологических наук. «Или, может быть, это развивалось дважды. Это действительно интересная концепция с эволюционной точки зрения ».

Блум сказал, что команда также интересуется, может ли эпигенетика и как объяснить, почему никакие известные археи не вызывают болезни или ведут вооруженную антибиотиками войну против своих братьев, как это делают бактерии.

«В этом мире нет антибиотиков», — сказал он. "Это почему? Мы думаем, что это как-то связано с эпигенетикой, и поэтому их взаимодействие между собой принципиально отличается от бактерий ».

Исследование ставит еще более широкий вопрос, сказал Блум.

«Какая польза от этого? Мы не знаем.»

Команда сообщила о своих выводах в журнале « Известия Национальной академии наук» .

По материалам phys.org