वैज्ञानिक विकास की नई विधा को उजागर करते हैं

डीएनए के स्तर पर विकास और प्राकृतिक चयन होता है, क्योंकि जीन उत्परिवर्तन और आनुवंशिक लक्षण या तो चारों ओर चिपक जाते हैं या समय के साथ खो जाते हैं। लेकिन अब, वैज्ञानिकों को लगता है कि विकास पूरे दूसरे पैमाने पर हो सकता है - जीन के माध्यम से नहीं, बल्कि उनकी सतहों पर चिपके अणुओं के माध्यम से।

मिथाइल समूहों के रूप में जाना जाने वाला ये अणु, डीएनए की संरचना को बदलते हैं और जीन को चालू और बंद कर सकते हैं। परिवर्तन को "एपिजेनेटिक संशोधनों" के रूप में जाना जाता है, जिसका अर्थ है कि वे "ऊपर" या "जीनोम के ऊपर" दिखाई देते हैं। मनुष्यों सहित कई जीवों में मिथाइल समूहों के साथ डीएनए बिंदीदार होता है, लेकिन फल मक्खियों और राउंडवॉर्म जैसे जीवों ने विकास के समय में ऐसा करने के लिए आवश्यक जीन खो दिया।

एक और जीव, खमीर क्रिप्टोकोकस नियोफ़ॉर्मन्स, लगभग 50 से 150 मिलियन वर्ष पहले क्रेटेशियस अवधि के दौरान कुछ समय के लिए मिथाइलकरण के लिए महत्वपूर्ण जीन खो गया। लेकिन उल्लेखनीय रूप से, अपने वर्तमान रूप में, कवक अभी भी अपने जीनोम पर मिथाइल समूह है। अब, वैज्ञानिक यह प्रमाणित करते हैं C. नवप्रसूता जर्नल सेल में 16 जनवरी को प्रकाशित एक अध्ययन के अनुसार, दसियों साल तक एपिजेनेटिक एडिट पर लटकने में सक्षम था, विकास के एक नए मोड के लिए धन्यवाद।

अध्ययन के पीछे शोधकर्ताओं ने विकास के एक गुप्त रहस्य को उजागर करने की उम्मीद नहीं की, वरिष्ठ लेखक डॉ। हितेन माधनी, कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, सैन फ्रांसिस्को में जैव रसायन विज्ञान और बायोफिज़िक्स के प्रोफेसर और चैन जुकरबर्ग बायोहब में प्रमुख अन्वेषक, लाइव साइंस को बताया।

समूह आमतौर पर अध्ययन करता है C. नवप्रसूता यह समझने के लिए कि खमीर मनुष्यों में फंगल मेनिन्जाइटिस का कारण कैसे बनता है। यूसीएसएफ के एक बयान के अनुसार, कवक कमजोर प्रतिरक्षा प्रणाली वाले लोगों को संक्रमित करता है और सभी एचआईवी / एड्स से संबंधित मौतों का लगभग 20% का कारण बनता है। माधनी और उनके सहयोगियों ने जेनेटिक कोड के माध्यम से खुदाई करके अपने दिन बिताए C. नवप्रसूता, महत्वपूर्ण जीन की खोज करना जो खमीर पर मानव कोशिकाओं पर आक्रमण करने में मदद करते हैं। लेकिन टीम तब हैरान रह गई जब रिपोर्ट में यह बताया गया कि आनुवंशिक सामग्री मिथाइल समूहों से सजी हुई है।

“जब हमने सीखा मैथानी ने कहा कि डीएनए मिथाइलेशन ... मुझे लगा, हमें इस पर गौर करना होगा, यह जानना नहीं कि हमें क्या मिलेगा।

कशेरुक और पौधों में, कोशिकाएं दो एंजाइमों की मदद से डीएनए में मिथाइल समूहों को जोड़ती हैं। पहले, जिसे "डे नोवो मेथिलट्रांसफेरेज़" कहा जाता है, अनथोर्न जीन पर मिथाइल समूह चिपक जाता है। एंजाइम पेप्पर प्रत्येक आधे हेलिक्स के आकार के डीएनए मेथिल समूहों के समान पैटर्न के साथ किनारा करता है, एक सममित डिजाइन बनाता है। कोशिका विभाजन के दौरान, डबल हेलिक्स मेल खाती है और मिलान वाले हिस्सों से दो नए डीएनए किस्में बनाती है। इस बिंदु पर, एक एंजाइम जिसे "रखरखाव मेथिलट्रांसफेरेज़" कहा जाता है, वह मूल स्ट्रैंड से सभी मिथाइल समूहों को नए बने आधे हिस्से पर कॉपी करने के लिए झपटता है।

माधनी और उनके सहयोगियों ने मौजूदा विकासवादी पेड़ों को देखा C. नवप्रसूता समय के माध्यम से, और पाया कि, क्रेटेशियस अवधि के दौरान, खमीर के पूर्वज में डीएनए मेथिलिकरण के लिए आवश्यक दोनों एंजाइम थे। लेकिन कहीं लाइन के साथ, C. नवप्रसूता डे नोवो मेथिलट्रांसफेरेज़ बनाने के लिए आवश्यक जीन को खो दिया। एंजाइम के बिना, जीव अब अपने डीएनए में नए मिथाइल समूहों को नहीं जोड़ सकता है - यह केवल अपने रखरखाव एंजाइम का उपयोग करके मौजूदा मिथाइल समूहों को कॉपी कर सकता है।

सिद्धांत रूप में, यहां तक ​​कि अकेले काम करते हुए, रखरखाव एंजाइम अनिश्चित काल तक मिथाइल समूहों में डीएनए को कवर कर सकता है - अगर यह हर बार एक सही प्रतिलिपि का उत्पादन कर सकता है।

वास्तव में, एंजाइम गलतियां करता है और हर बार जब सेल विभाजित होता है, तो मिथाइल समूहों का ट्रैक खो देता है। जब एक पेट्री डिश में उठाया, C. नवप्रसूता कोशिकाओं को कभी-कभी यादृच्छिक रूप से नए मिथाइल समूह प्राप्त होते हैं, जो डीएनए में यादृच्छिक उत्परिवर्तन के समान हैं। हालाँकि, कोशिकाओं ने मिथाइल समूहों को लगभग 20 गुना तेजी से खो दिया, क्योंकि वे नए लाभ प्राप्त कर सकते थे।

लगभग 7,500 पीढ़ियों के भीतर, प्रत्येक अंतिम मिथाइल समूह गायब हो जाएगा, जिससे रखरखाव एंजाइम को कॉपी करने के लिए कुछ भी नहीं होगा, टीम ने अनुमान लगाया। जिसको देखते हुए गति C. नवप्रसूता गुणक, खमीर को लगभग 130 वर्षों के भीतर अपने सभी मिथाइल समूहों को खो देना चाहिए। इसके बजाय, इसने लाखों वर्षों के लिए स्वदेशी संपादन को बनाए रखा।

"क्योंकि नुकसान की दर लाभ की दर से अधिक है, सिस्टम समय के साथ धीरे-धीरे मेथिलिकरण खो देगा अगर वहाँ इसे रखने के लिए कोई तंत्र नहीं था," माधनी ने कहा। उन्होंने कहा कि यह व्यवस्था प्राकृतिक चयन है। दूसरे शब्दों में, भले ही C. नवप्रसूता नए मिथाइल समूहों को बहुत धीरे-धीरे हासिल कर रहा था क्योंकि यह उन्हें खो रहा था, मेथिलिकरण ने नाटकीय रूप से जीव की "फिटनेस" को बढ़ा दिया, जिसका मतलब था कि यह कम मिथाइलएशन वाले व्यक्तियों को मात दे सकता है। "फिट" व्यक्ति कम मिथाइल समूहों के साथ उन पर हावी रहे, और इस प्रकार, मिथाइल का स्तर लाखों वर्षों से अधिक रहा। लेकिन इन मैथिल समूहों को क्या विकासवादी लाभ मिल सकता है C. नवप्रसूता? खैर, वे संभावित घातक क्षति से खमीर के जीनोम की रक्षा कर सकते हैं, माधानी ने कहा।

Transposons, जिसे "जंपिंग जीन" के रूप में भी जाना जाता है, जो कि जीनोम के आस-पास होप में है और अक्सर खुद को बहुत असुविधाजनक स्थानों में सम्मिलित करते हैं। उदाहरण के लिए, एक ट्रांसपोज़न सेल के अस्तित्व के लिए आवश्यक जीन के केंद्र में छलांग लगा सकता है; उस कोशिका में खराबी या मृत्यु हो सकती है। सौभाग्य से, मिथाइल समूह ट्रांसपोज़न पर पकड़ सकते हैं और उन्हें जगह में बंद कर सकते हैं। यह हो सकता है कि C. नवप्रसूता माधानी ने कहा कि डीएनए मेथिलिकेशन के एक निश्चित स्तर को बनाए रखता है।

उन्होंने कहा, "कोई भी व्यक्तिगत साइट विशेष रूप से महत्वपूर्ण नहीं है, लेकिन विकासवादी समयसीमा के लिए ट्रांसपोज़न पर मेथिलिकरण का समग्र घनत्व चुना जाता है।" "यही बात शायद हमारे जीनोम में सच है।"

कई रहस्य अभी भी डीएनए मेथिलिकरण को घेरे हुए हैं C. नवप्रसूता। 2008 के माधनी के एक अध्ययन के अनुसार, जब यह खमीर मनुष्यों में संक्रमण का कारण बनता है तो डीएनए मेथड्स के बीच मिथाइल समूहों की नकल करने के अलावा, रखरखाव मिथाइलट्रांसफेरेज़ महत्वपूर्ण लगता है। एंजाइम के बिना, जीव कोशिकाओं में प्रभावी ढंग से हैक नहीं कर सकता है। "हमें पता नहीं है कि कुशल संक्रमण के लिए इसकी आवश्यकता क्यों है," माधनी ने कहा।

एंजाइम को भी कार्य करने के लिए बड़ी मात्रा में रासायनिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है और केवल प्रतिकृति डीएनए स्ट्रैंड्स के खाली आधे हिस्से में मिथाइल समूहों को कॉपी करता है। तुलना में, अन्य जीवों में बराबर एंजाइम को कार्य करने के लिए अतिरिक्त ऊर्जा की आवश्यकता नहीं होती है और कभी-कभी पूर्ववर्ती सर्वर बायोरेक्सिव पर पोस्ट की गई रिपोर्ट के अनुसार, किसी भी मिथाइल समूहों से रहित नग्न डीएनए के साथ बातचीत करता है। आगे के शोध से पता चलेगा कि मिथाइलेशन किस तरह से काम करता है C. नवप्रसूता, और क्या विकास का यह नया रूप अन्य जीवों में दिखाई देता है।