Наш геном далеко не так стабилен и миролюбив, как может показаться. Новое исследование ученых из Университета Пенсильвании показало, что внутри ДНК постоянно разворачивается скрытая эволюционная борьба, от которой напрямую зависит выживание клеток.
Работа, опубликованная в журнале Science, посвящена теломерам – защитным участкам на концах хромосом, которые предотвращают их слипание и разрушение. Эти структуры можно сравнить с пластиковыми наконечниками на шнурках: без них хромосомы теряют целостность, что приводит к генетической нестабильности, проблемам с размножением клеток и даже их гибели.
Исследователи изучали плодовых мушек Drosophila melanogaster и обнаружили, что ключевые белки, отвечающие за защиту теломер, находятся под постоянным эволюционным давлением. Причина – так называемая “эгоистичная ДНК”: мобильные генетические элементы, которые способны копировать и перемещать себя внутри генома, нарушая его структуру.
Особое внимание ученые уделили двум белкам – HipHop и HOAP. Несмотря на то что их функция остается неизменной, сами они эволюционируют значительно быстрее остальных компонентов защитного комплекса. Эксперименты показали, что замена белка HipHop на аналог из близкородственного вида приводит к катастрофическим последствиям: хромосомы начинают слипаться, и клетки погибают.
При этом восстановить жизнеспособность удавалось, изменив всего несколько аминокислот или подобрав “правильную” пару белков. Это доказывает, что защитные механизмы ДНК работают только при точном эволюционном балансе.
По словам авторов исследования, этот процесс напоминает “гипотезу Красной Королевы” – чтобы просто оставаться на месте и выживать, биологическим системам приходится непрерывно меняться. Ученые предполагают, что подобные скрытые генетические гонки вооружений могут происходить и в геномах других организмов, включая человека.
Понимание этих механизмов может помочь лучше разобраться в причинах генетических нарушений, бесплодия и клеточной гибели, а также в том, как живые организмы сохраняют стабильность в условиях постоянной внутренней угрозы.
