Hanseniospora живут на винограде и часто встречаются в ферментированных напитках
У всех без исключения живых организмов есть механизмы для ремонта своих молекул ДНК. Считается, что без них мутаций в организме становится больше, а шансов выжить — меньше. Ученые обнаружили исключение из этого правила. Они выяснили, что с того момента, как разошлись эволюционные пути пекарских дрожжей и их родственников, одноклеточных грибов Hanseniaspora, последние потеряли более 1400 генов. Многие из них связаны с починкой ДНК и контролем за делением клетки. В таком состоянии эти грибы прожили почти сотню миллионов лет и погибать не собираются.
Пока генетики упрощают эукариотический геном и ищут то, что еще из него можно убрать, природа проводит более смелые эксперименты. Международная группа исследователей обнаружила две линии дрожжей Hanseniospora, которые лишились сразу сотен генов. Одна, которую ученые окрестили «быстро эволюционирующей», по сравнению с предками потеряла 1409 генов; другая же, более «медленная», — 771. Это произошло примерно за 95 миллионов лет с момента эволюционного расхождения линий.
Строго говоря, в том, что организмы потеряли множество генов, с биологической точки зрения нет ничего удивительного. Про те же дрожжи известно, что около 80% их генов не являются жизненно необходимыми — если их вырезать или выключить в лабораторных условиях, организмы продолжат существовать и размножаться. Отличие только в том, что лабораторные условия для них довольно комфортные, а гены удаляют, как правило, по одному.
Еще одна важная особенность Hanseniospora заключается в том, что многие из генов, которые эти грибы потеряли, отвечают за жизненно важные для клетки функции — ремонт ДНК («репарация») и контроль клеточного цикла, то есть деления. Фактически именно они регулируют количество мутаций, которое возникает в ДНК.
Как правило, если мутаций достаточно много, если нарушена структура или количество хромосом, клетка не может размножаться. Белки контроля клеточного цикла останавливают процесс деления (или у дрожжей — почкования), пока поломки не будут устранены, а у многоклеточных организмов и вовсе запрещают размножаться мутантным клеткам, чтобы не допустить развития опухоли.
Если выключить в клетках репарацию ДНК и контроль за делением, возникают линии гипермутантных клеток, которые накапливают поломки гораздо быстрее других. Чаще всего такие линии долго не живут, потому что они теряют гены, критичные для существования. Но в некоторых случаях им удается выжить, если они случайным образом приобретают компенсирующую мутацию. Например, дефект одной системы репарации уравновешивается гиперактивацией другой. В таком случае скорость мутирования постепенно снижается и линия стабилизируется.
У Hanseniospora, вероятно, произошел обратный процесс: поломка или потеря одних генов сопровождалась потерей других. Возможно, вначале перестала работать система репарации, стали накапливаться поломки, запрещающие деление клеток. Но потом перестала работать и система контроля за поломками, и мутантные клетки продолжили размножаться. Так, один за другим, дрожжи и потеряли свою тысячу с лишним генов. Впрочем, в какой-то момент и они вышли на стабильную скорость возникновения мутаций. Это позволило им просуществовать так долго.
Авторы работы могут только предполагать, что вызвало такие резкие изменения в жизни дрожжей 95 миллионов лет назад. Современные Hanseniospora живут на винограде и часто встречаются в ферментированных напитках, вытесняя оттуда пекарские дрожжи. Интересно, что сам виноград появился примерно в то же время, когда Hanseniospora отделились от своих предков. Возможно, переселение на нового хозяина и стало двигателем радикальной потери генов.