Хоризонтални механизми за трансфер на гени и примери



на хоризонтален трансфер на гени или латерален трансфер на ген е обменът на генетичен материал между организми, което не се случва от баща на син. Това събитие се случва между индивиди от едно и също поколение и може да се случи в едноклетъчни или многоклетъчни същества.

Хоризонталният трансфер се осъществява чрез три основни механизма: конюгация, трансформация и трансдукция. В първия тип е възможно да се обменят дълги фрагменти от ДНК, докато в последните две трансферът е ограничен до малки сегменти от генетичния материал..

Обратното понятие е прехвърлянето вертикален гени, където генетичната информация преминава от организма към неговото потомство. Този процес е широко разпространен при еукариоти, като растения и животни. За разлика от това, хоризонталният трансфер е често срещан при микроорганизмите.

При еукариотите хоризонталният трансфер не е толкова често срещан. Въпреки това, има доказателства за обмен на това явление, включително потекло на хора, които са получили определени гени чрез вируси.

индекс

  • 1 Какво е хоризонтален трансфер на гени?
  • 2 Механизми
    • 2.1 Спрежение
    • 2.2 Трансформация
    • 2.3 Трансдукция
  • 3 Примери
  • 4 Хоризонтален трансфер на гени в еволюцията
  • 5 Препратки

Какво е хоризонтален трансфер на гени?

По време на размножаването еукариотните организми предават гените си от поколение на поколение (потомство) в процес, известен като вертикален трансфер на гени. Прокариотите също извършват тази стъпка, но чрез асексуално размножаване чрез явлението на делене или други механизми.

Въпреки това, в прокариотите има друг начин за обмен на генетичен материал, наречен хоризонтален трансфер на гени. Тук ДНК фрагментите се обменят между организми от едно и също поколение и могат да преминат от един вид към друг.

Хоризонталният трансфер е относително често срещан сред бактериите. Да вземем за пример гените, които предизвикват резистентност към антибиотици. Тези важни ДНК фрагменти се прехвърлят нормално между бактерии от различни видове.

Споменатите механизми предполагат значителни медицински усложнения при лечение на инфекции.

механизми

Има три основни механизма, чрез които ДНК може да се обменя чрез хоризонтален трансфер. Това са конюгация, трансформация и трансдукция.

спрежение

Преносът на гени чрез конюгация е единственият тип, който включва директен контакт между двете бактерии.

Въпреки това, той не трябва да се сравнява с генния обмен чрез полово размножаване (където обикновено има контакт между участващите организми), тъй като процесът е много различен. Сред основните разлики е липсата на мейоза.

По време на конюгирането преминаването на генетичен материал от една бактерия към друга се осъществява чрез физически контакт, установен от структура, наречена пили. Това работи като свързващ мост, където се извършва обменът.

Въпреки че бактериите не се диференцират в половете, тя е известна като "мъжки" на организма, който носи малка кръгова ДНК, известна като фактор F (плодовитост f). Тези клетки са донори по време на конюгация и те предават материала на друга клетка, която няма фактор.

ДНК на F-фактор се състои от около 40 гена, които контролират репликацията на половия фактор и синтеза на половите пили..

Първите доказателства за процеса на спрежение идват от експериментите на Ледерберг и Татум, но Бернард Дейвис най-накрая доказа, че контактът е необходим за трансфера..

трансформация

Трансформацията включва вземането на гола ДНК молекула, която е в околната среда близо до бактерия гостоприемник. Този ДНК фрагмент идва от друга бактерия.

Процесът може да се осъществи естествено, тъй като бактериалните популации обикновено преминават през трансформация. По същия начин, трансформацията може да бъде симулирана в лабораторията, за да принуди бактериите да вземат ДНК от интерес, която се намира отвън.

Теоретично може да се вземе всеки ДНК фрагмент. Обаче е наблюдавано, че процесът включва малки молекули.

трансдукция

Накрая, механизмът на трансдукция се осъществява посредством фаг (вирус), който пренася ДНК от донорна бактерия към реципиента. Както и в предишния случай, количеството на прехвърлената ДНК е сравнително малко, тъй като способността на вируса да носи ДНК е ограничена.

Обикновено този механизъм е ограничен до филогенетично близки бактерии, тъй като вирусът, носещ ДНК, трябва да се свързва със специфични рецептори на бактериите, за да може да инжектира материала..

Примери

Ендонуклеазите са ензими, които имат способността да разрушават фосфодиестерните връзки в рамките на полинуклеотидна верига отвътре - затова те са известни като "ендо". Тези ензими не се режат навсякъде, те имат специфични места, за да го направят, наречени сайтове за ограничаване.

Аминокиселинната последователност за EcoRI ензимите (инч Е. coli) и RSRI (в Rhodobacter sphaeroides) притежават последователност от почти 300 аминокиселинни остатъка, които са 50% еднакви, което ясно показва близката еволюционна връзка.

Въпреки това, благодарение на изследването на други молекулярни и биохимични характеристики, тези две бактерии са много различни и са много несвързани с филогенетична гледна точка..

В допълнение, генът, който кодира ензима EcoRI използва много специфични кодони, които са различни от тези, които обикновено се използват Е. coli, така се предполага, че генът не произхожда от тази бактерия.

Хоризонталният трансфер на гените в еволюцията

През 1859 г. британският натуралист Чарлз Дарвин революционизира биологичните науки с неговата теория на еволюцията чрез естествен подбор. В неговата емблематична книга, Произходът на вида, Дарвин предлага метафората на дървото на живота, за да илюстрира генеалогичните отношения, съществуващи между видовете.

Днес филогениите са формално представяне на такава метафора, където се приема, че предаването на генетична информация става вертикално - от родители към деца.

Можем да приложим тази визия без големи неудобства за многоклетъчните организми и ще получим разклонен модел, както предлага Дарвин.

Въпреки това, това представяне на клони без сливания е трудно да се приложи към микроорганизмите. Когато се сравняват геномите на различни прокариоти, е ясно, че между генните линии има обширен трансфер на гени.

По този начин, моделът на взаимоотношенията наподобява повече мрежа, с клонове, свързани и обединени заедно, благодарение на разпространението на хоризонтален трансфер на гени..

препратки

  1. Gogarten, J.P., & Townsend, J.P. (2005). Хоризонтален трансфер на гени, иновация и еволюция на генома. Nature Reviews Микробиология, 3(9), 679.
  2. Keeling, P.J. & Palmer, J.D. (2008). Хоризонтален трансфер на гени в еукариотната еволюция. Nature Reviews Генетика, 9(8), 605.
  3. Пиърс, Б. А. (2009). Генетика: Концептуален подход. Ed. Panamericana Medical.
  4. Russell, P., Hertz, P., & McMillan, B. (2013). Биология: Динамичната наука. Нелсън Образование.
  5. Sumbali, G., & Mehrotra, R. S. (2009). Принципи на микробиологията. McGraw-Hill.
  6. Syvanen, M., & Kado, C. I. (2001). Хоризонтален трансфер на гени. Академик Прес.
  7. Tortora, G. J., Funke, B. R., & Case, C.L. (2007). Въведение в микробиологията. Ed. Panamericana Medical.