Хоризонтални механизми преноса гена и примјери



Тхе хоризонтални трансфер гена или латерални трансфер гена је размена генетског материјала између организама, што се не дешава од оца до сина. Овај догађај се одвија између појединаца исте генерације и може се појавити у једноћелијским или вишестаничним бићима.

Хоризонтални трансфер се одвија кроз три главна механизма: коњугацију, трансформацију и трансдукцију. У првом типу могуће је размијенити дуге фрагменте ДНК, док је у посљедња два трансфер ограничен на мале сегменте генетског материјала..

Супротан концепт је трансфер вертикално гена, где генетска информација прелази из организма у његово потомство. Овај процес је широко распрострањен код еукариота, као што су биљке и животиње. Насупрот томе, хоризонтални трансфер је уобичајен код микроорганизама.

Код еукариота, хоризонтални трансфер није толико чест. Међутим, постоје докази о размени овог феномена, укључујући порекло људи, који су добили одређене гене помоћу вируса.

Индек

  • 1 Шта је хоризонтални трансфер гена?
  • 2 Механизми
    • 2.1 Коњугација
    • 2.2 Трансформација
    • 2.3 Трансдукција
  • 3 Примери
  • 4 Хоризонтални трансфер гена у еволуцији
  • 5 Референце

Шта је хоризонтални трансфер гена?

Током репродукције, еукариотски организми преносе своје гене из генерације у потомство (потомство) у процесу познат као вертикални пренос гена. Прокариоти такође изводе овај корак, али кроз асексуално размножавање по фузији фисије или другим механизмима.

Међутим, у прокариотима постоји још један начин размене генетског материјала који се зове хоризонтални трансфер гена. Овде се фрагменти ДНК размењују између организама исте генерације и могу прећи из једне врсте у другу.

Хоризонтални трансфер је релативно чест међу бактеријама. Узмимо примјер гена који узрокују отпорност на антибиотике. Ови важни фрагменти ДНК се нормално преносе између бактерија различитих врста.

Наведени механизми претпостављају значајне медицинске компликације код лијечења инфекција.

Механизми

Постоје три основна механизма којим се ДНК може размјењивати хоризонталним пријеносом. То су коњугација, трансформација и трансдукција.

Коњугација

Пренос гена коњугацијом је једини тип који укључује директан контакт између две бактерије.

Међутим, то не треба упоређивати са размјеном гена путем сполне репродукције (тамо гдје обично постоји контакт између укључених организама), јер је процес врло различит. Међу главним разликама је одсуство мејозе.

Током коњугације, пролазак генетичког материјала из једне бактерије у другу врши се физичким контактом успостављеним структуром званом пили. Ово функционише као повезни мост, где се врши размена.

Иако се бактерије не разликују по половима, оно је познато као "мушки" за организам који носи малу кружну ДНК познату као фактор Ф (плодност ф). Ове ћелије су донатори током коњугације, и преносе материјал у другу ћелију којој недостаје фактор.

ДНК Ф-фактора састоји се од око 40 гена, који контролишу репликацију сексуалног фактора и синтезу сексуалног пилија..

Први доказ процеса коњугације потиче од експеримента Ледерберга и Татума, али је Бернард Давис коначно доказао да је контакт неопходан за трансфер..

Трансформација

Трансформација укључује узимање голе молекуле ДНК која се налази у околини близу бактерије домаћина. Овај фрагмент ДНА долази из друге бактерије.

Процес се може обавити природно, јер бактеријске популације нормално пролазе трансформацију. Слично томе, трансформација се може симулирати у лабораторији како би се бактерије присилиле да узму ДНК од интереса која се налази извана.

Теоретски, може се узети било који фрагмент ДНА. Међутим, примећено је да процес укључује мале молекуле.

Трансдуцтион

Коначно, механизам трансдукције се одвија помоћу фага (вируса) који носи ДНК од донаторске бактерије до примаоца. Као иу претходном случају, количина пренесене ДНК је релативно мала, пошто је капацитет вируса да носи ДНК ограничен.

Обично, овај механизам је ограничен на филогенетски блиске бактерије, јер вирус који носи ДНК мора да се веже за специфичне рецепторе бактерија да би могао да убризгава материјал.

Примери

Ендонуклеазе су ензими који имају способност разбијања фосфодиестерских веза унутар полинуклеотидног ланца, изнутра - зато су познати као "ендо". Ови ензими се не пресијецају нигдје, они имају специфична мјеста за то, називају се рестрикцијска мјеста.

Аминокиселинска секвенца за ЕцоРИ ензиме (у Е. цоли) и РСРИ (у Рходобацтер спхаероидес) поседују секвенцу од скоро 300 аминокиселинских остатака, који су 50% идентични један другом, што јасно указује на блиску еволуциону везу.

Међутим, захваљујући проучавању других молекуларних и биохемијских карактеристика, ове две бактерије су веома различите и веома су неповезане са филогенетском тачком гледишта..

Поред тога, ген који кодира за ензим ЕцоРИ користи врло специфичне кодоне који се разликују од оних који се нормално користе Е. цоли, тако се сумња да ген није настао у овој бактерији.

Хоризонтални трансфер гена у еволуцији

Године 1859. британски природословац Чарлс Дарвин револуционирао је биолошку науку својом теоријом еволуције кроз природну селекцију. У његовој иконичној књизи, Порекло ове врсте, Дарвин предлаже метафору о стаблу живота како би илустровао генеалошке односе који постоје између врста.

Данас су филогеније формални приказ такве метафоре, где се претпоставља да се пренос генетске информације одвија вертикално - од родитеља до деце.

Можемо применити ову визију без већих непогодности на вишестаничне организме и добити ћемо разгранату шему, као што Дарвин предлаже.

Међутим, ово представљање грана без фузија је тешко применити на микроорганизме. Када се упоређују геноми различитих прокариота, јасно је да постоји опсежан трансфер гена између линија.

Према томе, образац односа више личи на мрежу, са гранама које су повезане и спојене, захваљујући преваленцији хоризонталног преноса гена.

Референце

  1. Гогартен, Ј.П., & Товнсенд, Ј.П. (2005). Хоризонтални трансфер гена, иновација и еволуција генома. Натуре Ревиевс Мицробиологи, 3(9), стр.
  2. Кеелинг, П.Ј., & Палмер, Ј.Д. (2008). Хоризонтални трансфер гена у еукариотској еволуцији. Натуре Ревиевс Генетицс, 9(8), 605.
  3. Пиерце, Б.А. (2009). Генетика: концептуални приступ. Ед Панамерицана Медицал.
  4. Русселл, П., Хертз, П., & МцМиллан, Б. (2013). Биологи: Тхе Динамиц Сциенце. Нелсон Едуцатион.
  5. Сумбали, Г., & Мехротра, Р. С. (2009). Принципи микробиологије. МцГрав-Хилл.
  6. Сиванен, М., & Кадо, Ц. И. (2001). Хоризонтални пренос гена. Ацадемиц Пресс.
  7. Тортора, Г.Ј., Функе, Б.Р., & Цасе, Ц.Л. (2007). Увод у микробиологију. Ед Панамерицана Медицал.