Horisontale genoverføringsmekanismer og eksempler



den horisontal genoverføring eller lateral genoverføring er utveksling av genetisk materiale mellom organismer, som ikke skjer fra far til sønn. Denne hendelsen finner sted mellom individer av samme generasjon og kan forekomme i unicellular eller multicellular vesener.

Horisontal overføring skjer gjennom tre hovedmekanismer: konjugering, transformasjon og transduksjon. I den første typen er det mulig å bytte lange fragmenter av DNA, mens i de siste to er overføringen begrenset til små segmenter av det genetiske materialet.

Det motsatte konseptet er overføringen vertikal av gener, der genetisk informasjon går fra en organisme til avkom. Denne prosessen er utbredt i eukaryoter, som planter og dyr. I kontrast er horisontal overføring vanlig i mikroorganismer.

I eukaryoter er horisontal overføring ikke så vanlig. Imidlertid er det tegn på utveksling av dette fenomenet, inkludert menneskets anestesi, som fikk visse gener ved hjelp av virus.

index

  • 1 Hva er horisontal genoverføring?
  • 2 Mekanismer
    • 2.1 Konjugering
    • 2.2 Transformasjon
    • 2.3 Transduksjon
  • 3 eksempler
  • 4 Den horisontale overføringen av gener i evolusjon
  • 5 referanser

Hva er horisontal genoverføring?

Under reproduksjon passerer eukaryote organismer sine gener fra en generasjon til deres avkom (avkom) i en prosess kjent som vertikal genoverføring. Prokaryoter utfører også dette trinnet, men gjennom aseksuell reproduksjon av fisjon fenomenet eller andre mekanismer.

Imidlertid er det i prokaryoter en annen måte å utveksle genetisk materiale som kalles horisontal genoverføring. Her byttes DNA-fragmentene mellom organismer av samme generasjon og kan passere fra en art til en annen.

Horisontal overføring er relativt vanlig blant bakterier. Ta eksemplet på gener som gir resistens mot antibiotika. Disse viktige DNA-fragmentene overføres normalt mellom bakterier av forskjellige arter.

Nevnte mekanismer antyder betydelige medisinske komplikasjoner ved behandling av infeksjoner.

mekanismer

Det er tre grunnleggende mekanismer ved hvilke DNA kan utveksles ved horisontal overføring. Disse er konjugasjon, transformasjon og transduksjon.

konjugering

Genoverføring ved konjugering er den eneste typen som involverer direkte kontakt mellom de to bakteriene.

Det skal imidlertid ikke sammenlignes med genutveksling gjennom seksuell reproduksjon (der det vanligvis er kontakt mellom de involverte organismer), siden prosessen er svært forskjellig. Blant de viktigste forskjellene er fraværet av meiose.

Under konjugering utføres gjennomføringen av genetisk materiale fra en bakterie til en annen ved hjelp av en fysisk kontakt opprettet av en struktur kalt pili. Dette fungerer som en forbindelsesbro, hvor utvekslingen skjer.

Selv om bakterier ikke skiller seg i kjønn, er det kjent som "mann" for organismen som bærer et lite sirkulært DNA kjent som faktor F (fruktbarhet f). Disse cellene er donorene under konjugering, og de overfører materialet til en annen celle som mangler faktoren.

F-faktor DNA består av ca. 40 gener, som kontrollerer replikasjonen av den seksuelle faktoren og syntesen av den seksuelle pili.

Det første beviset på konjugeringsprosessen kommer fra forsøkene til Lederberg og Tatum, men det var Bernard Davis som endelig viste seg at kontakten var nødvendig for overføringen.

transformasjon

Transformasjonen innebærer å ta et nakent DNA-molekyl som er i miljøet nær en vertsbakterie. Dette DNA-fragmentet kommer fra en annen bakterie.

Prosessen kan utføres naturlig, siden bakteriepopulasjoner normalt gjennomgår transformasjon. På samme måte kan transformasjonen simuleres i laboratoriet for å tvinge bakteriene til å ta et DNA av interesse som finnes på utsiden.

Teoretisk sett kan hvilket som helst DNA-fragment bli tatt. Det har imidlertid blitt observert at prosessen involverer små molekyler.

transduksjon

Endelig skjer transduksjonsmekanismen ved hjelp av en fag (virus) som bærer DNA fra en donorbakterie til en mottaker. Som i forrige tilfelle er mengden DNA overført relativt liten, siden virusets evne til å bære DNA er begrenset.

Vanligvis er denne mekanismen begrenset til fylogenetisk nærliggende bakterier, siden viruset som bærer DNA, må binde til spesifikke reseptorer av bakteriene for å kunne injisere materialet.

eksempler

Endonukleaser er enzymer som har evne til å bryte fosfodiesterbindinger i en polynukleotidkjede, fra innsiden - det er derfor de er kjent som "endo". Disse enzymene kuttes ikke hvor som helst, de har bestemte steder å gjøre det, kalt restriksjonsseter.

Aminosyresekvensen for EcoRI-enzymer (in E. coli) og RSRI (in Rhodobacter sphaeroides) har en sekvens på nesten 300 aminosyrerester, som er 50% identiske med hverandre, noe som tydelig indikerer et nært evolusjonært forhold.

Imidlertid, takket være studiet av andre molekylære og biokjemiske egenskaper, er disse to bakteriene svært forskjellige og er svært uavhengige fra fylogenetisk synspunkt.

I tillegg bruker genet som koder for enzymet EcoRI, meget spesifikke kodoner som er forskjellige fra de som normalt brukes E. coli, så det er mistenkt at genet ikke stammer fra denne bakterien.

Den horisontale overføringen av gener i evolusjon

I år 1859 revolusjonerte den britiske naturforskeren Charles Darwin de biologiske vitenskapene med evolusjonsteorien gjennom naturlig utvalg. I sin ikoniske bok, Opprinnelsen til arten, Darwin foreslår metaforen av livets tre for å illustrere de slektsrelasjoner som eksisterer mellom arter.

I dag er fylogenier en formell representasjon av en slik metafor, der det antas at overføringen av genetisk informasjon skjer vertikalt - fra foreldre til barn.

Vi kan bruke denne visjonen uten stor ulempe for multicellulære organismer, og vi vil få et forgrenet mønster, slik Darwin foreslår.

Imidlertid er denne representasjonen av grener uten fusjoner vanskelig å anvende på mikroorganismer. Ved sammenligning av genomene av forskjellige prokaryoter er det klart at det er omfattende genoverføring mellom linjer.

Følgelig ligner mønsteret av relasjoner mer et nettverk, med grener knyttet til og fusjonert sammen, takket være utbredelsen av horisontal genoverføring.

referanser

  1. Gogarten, J. P., & Townsend, J. P. (2005). Horisontal genoverføring, genominnovasjon og evolusjon. Naturomtaler Mikrobiologi, 3(9), 679.
  2. Keeling, P.J., & Palmer, J.D. (2008). Horisontal genoverføring i eukaryotisk utvikling. Naturomtaler Genetikk, 9(8), 605.
  3. Pierce, B. A. (2009). Genetikk: En konseptuell tilnærming. Ed. Panamericana Medical.
  4. Russell, P., Hertz, P., & McMillan, B. (2013). Biologi: Den dynamiske vitenskapen. Nelson Education.
  5. Sumbali, G., & Mehrotra, R. S. (2009). Prinsipper for mikrobiologi. McGraw-Hill.
  6. Syvanen, M., & Kado, C. I. (2001). Horisontal genoverføring. Academic Press.
  7. Tortora, G.J., Funke, B.R., og Case, C.L. (2007). Introduksjon til mikrobiologi. Ed. Panamericana Medical.