Priony, trzeci motor ewolucji

Po mutacjach genetycznych i epigenetycznych, priony właśnie wykazały, że one również mogły przyczynić się do selekcji naturalnej, a przynajmniej u drożdży. Jest to bardzo ważne odkrycie, które może otworzyć nowe tropy w naukach o ewolucji.

Złe wspomnienia o prionach

Priony kojarzą nam się źle. Te źle uformowane proteiny w rzeczywistości powodują słynną chorobę BSE, czyli encefalopatię gąbczastą bydła, lepiej znaną pod nazwą choroby szalonych krów. Choroba BSE jest również odpowiednikiem choroby Creutzfeldta-Jakoba, która występuje u ludzi.

A jednak, jak pokazują teraz prace opublikowane w naukowym przeglądzie Nature, priony wykazały, iż mogą również ułatwiać przeżycie. Na razie stwierdzono to tylko na przykładzie gatunku drożdży, tak zwanych Saccharomyces cerevisiae.

Albowiem, jak pokazały doświadczenia, priony pozwoliły na prawie natychmiastową adaptację do wrogiego środowiska i zostały przeniesione na następne pokolenie, bez widocznych zmian w DNA albo w regulacji genetycznej. Aż do tej pory, nasze pojęcie ewolucji ograniczało się do zmian, bezpośrednich albo pośrednich, w odczytywaniu DNA.

Albo przechodzi on mutacje, które zmieniają strukturę protein i nadają im inną aktywność, albo geny są mniej lub bardziej wyrażone, z faktu działania na DNA molekuł regulujących. I tutaj juz chodzi o epigentykę.

W 2004 roku, poprzednie prace wykazały już, że priony mogły na swój sposób przyczynić się do ewolucji. Ale wtedy gwałtowna debata ożywiła wtedy społeczność naukową. Niektórzy eksperci utrzymywali, że odkrycia te, mimo że interesujące, mają niewielką wartość, ponieważ nigdy jeszcze w naturze nie zaobserwowano takich zjawisk.

Priony zapewniają przeżycie drożdży

Aby przeprowadzić swoje doświadczenia, które miały na celu uciszenie tych krytyk, pani Susan Lindquist oraz jej koledzy z instytutu MIT oraz z instytutu Whitehead Institute for Biomedical Research posłużyli się tym razem 700 szczepami dzikich drożdży. Te jednokomórkowe grzyby zostały zaurzone we wrogim środowisku, które w tym przypadku oznaczało wysoką kwasowość oraz obecność substancji uszkadzających DNA, między innymi.

Spora część tych grzybów miała również priony. Drożdże, które przeżyły, a więc takie, którym udało się dostosować do wrogich warunków, następnie zostały poddane terapii niszczącej priony. Dla wielkiej części kolonii tych grzybów taka terapia okazał się śmiertelna. A to oznacza, że to właśnie te proteiny niezgodne z normami przyczyniają się do przetrwania drożdży w trudnych warunkach. A DNA nie ma tu nic do rzeczy.

Właściwość ta dotyczyła mimo wszystko jednej trzeciej przestudiowanych organizmów, czyli 255 szczepów.

Przeniesienie cechy niezależne od DNA

Autorzy tych eksperymentów wyjątkowo skupili się na proteinie Sup35, która również stała się prionem. Normalnie, proteina ta pomaga rybosomowi, czyli organelli, która syntezuje proteiny z RNA, zacząć przekładanie w dobrym miejscu i skończyć je tam, gdzie trzeba.

Kiedy proteina Sup35 jest jest aktywna, znika kontrola jakości i rybosom czyta cały fragment RNA, włączając w to także fragmenty, których zazwyczaj nie czyta. W ten sposób, powstają nowe proteiny. W konsekwencji, pojawia się całe mrowie molekuł w drożdżach, z których niektóre są niezbędne dla przeżycia.

W czasie reprodukcji, priony te są częściowo przenoszone na komórkę – córkę, która w ten sposób ma takie same właściowości i jest w stanie prosperować w środowisku do tej pory wrogim. Transmisja tych cech niezbędnych do adaptacji nie przechodzi więc tylko i wyłącznie przez DNA.

Naukowcy teraz uważają, że zmiany spowodowane przez priony będą przetestowane przez drożdże, a w końcu zintegrowane, w ten czy inny sposób, z dziedzictwem genetycznym, o ile tylko okażą się korzystne. Ale zjawiska tego jeszcze nie zaobserwowano.