Colorado Eyalet Üniversitesi araştırmacılarından Tom Santangelo, tek hücreli mikro-organizmalar olan arkeleri, okyanusların derinliklerindeki volkanik bacalar da dahil olmak üzere, dünyanın en uç koşullarında hayatta kalmayı başarabilen antik denizcilere benzetiyor. Santangelo, yaşam ağacının yaşayan üyesi bulunan üç ana dalından birini oluşturan bu dayanıklı mikropların nasıl genlerini ifade ettiklerini, nasıl enerjilerini ürettiklerini, çok sıcak ve karanlık ortamlarda nasıl çoğalabildiklerini araştırıyor. Anlaşılan o ki, biyokimyasal açıdan aslında biz de arkelerden çok farklı değiliz.

Santangelo'nun dahil olduğu ekip, bir süre önce, arkesel hücreler ile ökaryotik hücrelerin (yani bizimkilerin de) arasında, genetik malzemelerini paketleme ve saklama konusunda çarpıcı paralellikler keşfetmişti. Karolin Luger liderliğinde gerçekleştirdikleri o çığır açan çalışmayı özetleyen makaleyi Science dergisinde yayımlayan ekip, arkeler ile  hayvan hücrelerinin genomlarını yoğunlaştırmak, düzenlemek ve yapılandırmak için ortak bir mekanizmaya sahip olduklarına ilişkin kanıt sunmuştu.

DNA, histonlar, nükleozomlar, kleozomlar, kromatin

Lise biyoloji dersinde geçer: Ökaryotlar, çekirdeği ve hücre zarı ile sınırlandırılmış organelleri olan hücrelerdir; mantar, bitki ve hayvan hücreleri bu grupta bulunur. Daha az karmaşık olan prokaryotlar ise farklıdır: Onların çekirdeği olmaz. Arkeler ve bakterilerin her ikisi de prokaryot olmakla birlikte, birbirleri ile yakın akraba değillerdir. Arkeler, büyük olasılıkla ökaryotların ataları olup, gen ifadesini kontrol eden proteinlerin çoğu aynıdır.

Canlılığın en temel süreçlerinden biri (DNA'nın bükülme, katlanma ve kendini hücre çekirdeğinin içine sıkıştırma mekaniği), mikroskopik protistalardan bitki ve hayvanlara dek tüm ökaryotlarda aynıdır. Her ökaryotik hücrenin çekirdeğinin içine tıkıştırılmış, çok özel bir biçimde sıkıştırılmış, metrelerce uzunlukta genetik malzeme bulunur. DNA'nın küçük bölümleri, histonlar adı verilen sekiz küçük proteinin etrafına, yaklaşık iki kez, tıpkı makaraya sarılmış ip gibi sarılıdır. Bu DNA-histon bileşiminin tümüne "nükleozom" denir. Sıkıştırılmış nükleozomların dizisine de "kromatin" adı verilir. 1997 yılında, Luger ve çalışma arkadaşları, ilk kez olarak X-ışın kristalografisi kullanarak, ökaryotik nükleozomların eksiksiz yapısını raporlamıştır.

'Budaklı' kristalografi

John Reeve, 1990'larda histon proteinlerinin ökaryotlardan başka canlılarda da olduğunu keşfetti: Çekirdeksiz arke hücrelerinde de mevcuttu. Reeves ve Luger, histon-bazlı arkesel kromatini kristalleştirmek ve bu yapıyı ökaryotik kromatin ile karşılaştırmak için çalışmalara başladı.

Yıllar süren duraklamalar, yeniden başlayışlar ve çıkan sorunlar (Lugar buna "harika kristalografik program" diyordu) sonucunda,  bilimciler arkesel kromatinin yapısını çözmeyi başardı. Lugar bunu "budaklı kristalografik problem" olarak adlandırıyor. Bilimciler sonunda arkesel kromatinin yapısını açığa çıkarmayı başardı ve ökaryotlara olan yapısal benzerlik ortaya kondu. 

'Biyolojik açıdan anlamlı' yapı

Veriler, arkesel DNA'nın uzun, büklümlü, yinelenen süper-sarmallar oluşturduğunu gösteriyordu. Araştırmacılar yapının gerçek mi , yoksa deneyin neden olduğu bir durum mu olduğu konusunda emin değildi. İşte Santagelo'nun ekibi, konunun bu yönünü aydınlattı. Kristallerde açığa çıkarılan yapının, biyolojik olarak anlamlı olduğu belirlendi.

Arkesel histonların varyantlarını yapan ekip, hücrelerin süper-sarmalların bozulmasına nasıl tepki verdiğini sınadı. Yapının dengesi ne denli bozulursa, hücrelerin de o ölçüde hastalandığı görüldü. Böylece yapılan çalışma, Luger'in grubu tarafından belirlenmiş olan yapının değerini vurgulamış oldu.

Santagelo, yaptıkları çalışmanın en önemli yanının, DNA'nın sıkıştırılması olgusunun çok eskiye dayandığını, muhtemelen 1 milyar yıllık olduğunu söylüyor. Histon proteinlerinin sahneye çıkması ile birlikte genomların paketlenmeye başladığını ve kendilerini kodlayan hücre için vazgeçilmez hâle geldiklerini ekliyor.