Эпигенетические механизмы впервые обнаружены у архей

Ученые из Университета Небраски в Линкольне и Калифорнийского университета в Санта-Круз впервые в истории обнаружили, что эпигенетические механизмы, то есть передача наследственной информации без изменений в последовательности ДНК, свойственны даже археям – представителям особого домена живых организмов, отличающихся от бактерий и эукариот.

Наиболее известным путем передачи наследственной информации в живой природе служит последовательность нуклеотидов в цепочке ДНК. Но в целом ряде случаем наследование происходит не за счет ДНК, а благодаря структуре белков, участвующих в упаковке ДНК, или присоединенных к молекуле ДНК метильных групп. До недавнего времени эпигенетическое наследования отмечалось только у эукариот, организмов с имеющих клеточное ядро, к которым относятся животные, растения, грибы и целый ряд других групп.

Археи, как и бактерии, относятся к прокариотам – организмам не имеющим клеточного ядра. Многие биохимические свойства архей отличают их от все остальных форм жизни. Хотя археи встречаются в самых разных условиях, особую известность получили археи-экстремофилы, живущие в горячих источниках или очень соленых озерах – там, где жизнь, казалось бы, невозможна. Героем нынешнего исследования стала архея Sulfolobus solfataricus, обитающая в термальных источниках с высокой температурой (около 80° C) и кислотностью (pH 2–4)воды. Для жизни этой архее необходимо также высокое содержание серы в воде, потому что она получает энергию за счет окисления серы.

Новые эксперименты показали, что устойчивость к кислотной среде наследуется у Sulfolobus solfataricus при помощи эпигенетического механизма. В течение нескольких лет исследователи подвергали этих архей воздействию все более кислотной среды и в результате получили три штамма в 178 раз более устойчивые, чем их предки, выловленные в источниках Йеллоустонского парка. При этом у одного штамма появление более высокой кислотоустойчивости не сопровождалось изменением в ДНК. У двух других мутации имелись, но произошли они в двух разных генах, ни один из которых не был связан с устойчивостью к кислотной среде. А вот когда ученые разрушили белки, контролирующие экспрессию генов, но оставили нетронутой молекулу ДНК, кислотоустойчивость в последующих поколениях архей исчезла.

Полученный результат вызвал целый ряд новых вопросов. Наиболее фундаментальная проблема связана с возникновением эпигенетики в ходе эволюции. Если у архей имеются эпигенетические механизмы наследования, то возникли ли они у общего предка архей и эукариот или же представители этих двух доменов “изобрели” эпигенетику независимо друг от друга?

Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.