Horizontalni mehanizmi prijenosa gena i primjeri



horizontalni prijenos gena ili lateralni prijenos gena je razmjena genetskog materijala između organizama, što se ne događa od oca do sina. Taj se događaj odvija između pojedinaca iste generacije i može se dogoditi u jednostaničnim ili višestaničnim bićima.

Horizontalni prijenos se odvija kroz tri glavna mehanizma: konjugaciju, transformaciju i transdukciju. U prvom tipu moguće je razmijeniti duge fragmente DNA, dok je u posljednja dva prijenos ograničen na male segmente genetskog materijala..

Suprotan koncept je prijenos vertikala gena, gdje genetska informacija prelazi iz organizma u njegovo potomstvo. Ovaj proces je široko rasprostranjen kod eukariota, kao što su biljke i životinje. Nasuprot tome, horizontalni prijenos je čest u mikroorganizmima.

Kod eukariota, horizontalni prijenos nije tako čest. Međutim, postoje dokazi o razmjeni ovog fenomena, uključujući podrijetlo ljudi, koji su dobili određene gene pomoću virusa.

indeks

  • 1 Što je horizontalni prijenos gena?
  • 2 Mehanizmi
    • 2.1 Konjugacija
    • 2.2 Transformacija
    • 2.3 Transdukcija
  • 3 Primjeri
  • 4 Horizontalni prijenos gena u evoluciji
  • 5 Reference

Što je horizontalni prijenos gena?

Tijekom reprodukcije, eukariotski organizmi prenose svoje gene iz generacije u potomstvo (potomstvo) u procesu poznat kao vertikalni prijenos gena. Prokarioti također izvode ovaj korak, ali kroz aseksualno razmnožavanje pomoću pojave fisije ili drugih mehanizama.

Međutim, u prokariotima postoji još jedan način razmjene genetskog materijala koji se naziva horizontalni prijenos gena. Ovdje se fragmenti DNA razmjenjuju između organizama iste generacije i mogu prelaziti iz jedne vrste u drugu.

Horizontalni prijenos relativno je čest među bakterijama. Uzmimo primjer gena koji uzrokuju otpornost na antibiotike. Ovi važni fragmenti DNA normalno se prenose između bakterija različitih vrsta.

Navedeni mehanizmi pretpostavljaju značajne medicinske komplikacije pri liječenju infekcija.

mehanizmi

Postoje tri temeljna mehanizma pomoću kojih se DNK može mijenjati horizontalnim prijenosom. To su konjugacija, transformacija i transdukcija.

konjugacija

Prijenos gena konjugacijom je jedini tip koji uključuje izravan kontakt između dvije bakterije.

Međutim, to se ne bi trebalo uspoređivati ​​s razmjenom gena putem spolne reprodukcije (tamo gdje obično postoji kontakt između uključenih organizama), budući da je proces vrlo različit. Među glavnim razlikama je odsutnost mejoze.

Tijekom konjugacije, prolaz genetskog materijala iz jedne bakterije u drugu provodi se pomoću fizičkog kontakta uspostavljenog strukturom zvanom pili. Ovo djeluje kao povezni most, gdje dolazi do razmjene.

Iako se bakterije ne razlikuju po spolovima, to je organizam poznat kao "muški" koji nosi malu kružnu DNK poznatu kao faktor F (plodnost f). Ove stanice su donori za vrijeme konjugacije, a one prenose materijal u drugu ćeliju kojoj nedostaje faktor.

DNA F-faktora sastoji se od oko 40 gena, koji kontroliraju replikaciju spolnog faktora i sintezu seksualnog pilija..

Prvi dokaz procesa konjugacije dolazi iz eksperimenata Lederberga i Tatuma, ali Bernard Davis je konačno dokazao da je kontakt neophodan za prijenos.

transformacija

Transformacija uključuje uzimanje gole molekule DNA koja se nalazi u okolini blizu bakterije domaćina. Ovaj fragment DNA dolazi iz druge bakterije.

Proces se može provesti prirodno, budući da bakterijske populacije normalno prolaze transformaciju. Slično tome, transformacija se može simulirati u laboratoriju kako bi se prisililo bakterije da uzmu DNA od interesa koja se nalazi izvana.

Teoretski, može se uzeti bilo koji fragment DNA. Međutim, uočeno je da proces uključuje male molekule.

sstanično

Konačno, mehanizam transdukcije se odvija pomoću faga (virusa) koji prenosi DNA iz donorske bakterije u primatelja. Kao iu prethodnom slučaju, količina prenesene DNA je relativno mala, budući da je sposobnost virusa da nosi DNK ograničena.

Obično je ovaj mehanizam ograničen na filogenetski bliske bakterije, budući da se virus koji nosi DNK mora vezati na specifične receptore bakterija kako bi mogao injektirati materijal..

Primjeri

Endonukleaze su enzimi koji imaju sposobnost razbijanja fosfodiesterskih veza unutar polinukleotidnog lanca iznutra - zato su poznati kao "endo". Ovi enzimi ne presijecaju nigdje, imaju određena mjesta za to, nazivaju se restrikcijska mjesta.

Aminokiselinska sekvenca za EcoRI enzime (u E. colii RSRI (u Rhodobacter sphaeroidesposjeduju slijed od gotovo 300 aminokiselinskih ostataka, koji su 50% identični jedan drugome, što jasno ukazuje na blisku evolucijsku vezu.

Međutim, zahvaljujući proučavanju drugih molekularnih i biokemijskih svojstava, ove dvije bakterije su vrlo različite i vrlo su nepovezane s filogenetskog stajališta.

Osim toga, gen koji kodira za enzim EcoRI koristi vrlo specifične kodone koji se razlikuju od onih koji se normalno koriste E. coli, tako se sumnja da gen nije nastao u ovoj bakteriji.

Horizontalni prijenos gena u evoluciju

Godine 1859. britanski prirodoslovac Charles Darwin revolucionirao je biološke znanosti svojom teorijom evolucije kroz prirodnu selekciju. U njegovoj kultnoj knjizi, Podrijetlo vrste, Darwin predlaže metaforu o stablu života kako bi ilustrirao genealoške odnose koji postoje između vrsta.

Danas su filogenije formalni prikaz takve metafore, gdje se pretpostavlja da se prijenos genetskih informacija odvija vertikalno - od roditelja do djece.

Možemo primijeniti ovu viziju bez većih neugodnosti na višestanične organizme i dobit ćemo razgranati uzorak, kao što Darwin predlaže.

Međutim, ovaj prikaz grana bez fuzija teško je primijeniti na mikroorganizme. Kada se uspoređuju genomi različitih prokariota, jasno je da postoji opsežan prijenos gena između linija.

Dakle, uzorak odnosa više podsjeća na mrežu, s granama koje su povezane i spojene zajedno, zahvaljujući prevalenciji horizontalnog prijenosa gena.

reference

  1. Gogarten, J.P. & Townsend, J.P. (2005). Horizontalni prijenos gena, inovacija i evolucija genoma. Nature Reviews Mikrobiologija, 3(9), 679.
  2. Keeling, P.J., & Palmer, J.D. (2008). Horizontalni prijenos gena u eukariotskoj evoluciji. Nature Reviews Genetika, 9(8), 605.
  3. Pierce, B.A. (2009). Genetika: konceptualni pristup. Ed Panamericana Medical.
  4. Russell, P., Hertz, P., & McMillan, B. (2013). Biologija: Dinamička znanost. Obrazovanje Nelsona.
  5. Sumbali, G., & Mehrotra, R.S. (2009). Principi mikrobiologije. McGraw-Hill.
  6. Syvanen, M., i Kado, C. I. (2001). Horizontalni prijenos gena. Academic Press.
  7. Tortora, G.J., Funke, B.R. i Case, C.L. (2007). Uvod u mikrobiologiju. Ed Panamericana Medical.