Horisontaaliset geeninsiirtomekanismit ja esimerkit



horisontaalinen geenisiirto tai lateraalinen geeninsiirto on geneettisen materiaalin vaihtaminen organismien välillä, jota ei tapahdu isältä pojalle. Tämä tapahtuma tapahtuu saman sukupolven yksilöiden välillä ja voi esiintyä yksisoluisissa tai monisoluisissa oloissa.

Horisontaalinen siirto tapahtuu kolmen päämekanismin kautta: konjugaatio, transformaatio ja transduktio. Ensimmäisessä tyypissä on mahdollista vaihtaa pitkiä DNA-fragmentteja, kun taas kahdessa viimeisessä siirrossa on rajoitettu geneettisen materiaalin pieniin segmentteihin..

Päinvastainen käsite on siirto pystysuora geenit, joissa geneettinen informaatio siirtyy organismin jälkeläisille. Tämä prosessi on laajalle levinnyt eukaryooteissa, kuten kasveissa ja eläimissä. Sitä vastoin horisontaalinen siirto on yleistä mikro-organismeissa.

Eukaryooteissa horisontaalinen siirto ei ole niin yleistä. On kuitenkin näyttöä tämän ilmiön vaihtamisesta, mukaan lukien ihmisten esivanhemmat, jotka ovat saaneet tiettyjä geenejä virusten avulla.

indeksi

  • 1 Mikä on horisontaalinen geenisiirto?
  • 2 mekanismeja
    • 2.1 Konjugointi
    • 2.2 Transformaatio
    • 2.3 Transduktio
  • 3 Esimerkkejä
  • 4 Geenien horisontaalinen siirto evoluutiossa
  • 5 Viitteet

Mikä on horisontaalinen geenisiirto?

Reproduktion aikana eukaryoottiset organismit siirtävät geeninsä yhdestä sukupolvesta jälkeläisiinsä (jälkeläisiin) prosessissa, joka tunnetaan vertikaalisena geeninsiirrona. Prokaryootit suorittavat myös tämän vaiheen, mutta fissiotapahtuman tai muiden mekanismien välisen epätavallisen lisääntymisen kautta.

Prokaryooteissa on kuitenkin toinen tapa vaihtaa geneettistä materiaalia, jota kutsutaan horisontaaliseksi geenisiirroksi. Tässä DNA-fragmentit vaihdetaan saman sukupolven organismien välillä ja voivat siirtyä yhdestä lajista toiseen.

Horisontaalinen siirto on suhteellisen yleistä bakteereissa. Ota esimerkki geeneistä, jotka aiheuttavat resistenssiä antibiooteille. Nämä tärkeät DNA-fragmentit siirretään normaalisti eri lajien bakteerien välillä.

Mainitut mekanismit edellyttävät merkittäviä lääketieteellisiä komplikaatioita infektioiden hoidossa.

mekanismit

DNA: ta voidaan vaihtaa horisontaalisen siirron avulla kolmella perusmekanismilla. Nämä ovat konjugaatio, transformaatio ja transduktio.

konjugaatio

Geeninsiirto konjugoinnilla on ainoa tyyppi, johon liittyy suora kosketus näiden kahden bakteerin välillä.

Sitä ei kuitenkaan pitäisi verrata seksuaalisen lisääntymisen kautta tapahtuvaan geeninvaihtoon (jossa on yleensä yhteys kyseisten organismien välillä), koska prosessi on hyvin erilainen. Keskeisimpiä eroja on se, että meioosia ei ole.

Konjugoinnin aikana geneettisen materiaalin kulkeutuminen yhdestä bakteerista toiseen tapahtuu fyysisen kontaktin avulla, jonka on muodostanut pili-niminen rakenne. Tämä toimii yhteyssillana, jossa vaihtoa tapahtuu.

Vaikka bakteerit eivät erotu sukupuoliksi, sitä kutsutaan "urokseksi" organismille, joka kantaa pienen pyöreän DNA: n, joka tunnetaan tekijänä F (hedelmällisyys f). Nämä solut ovat luovuttajia konjugoinnin aikana, ja ne siirtävät materiaalin toiselle solulle, jolta puuttuu tekijä.

F-tekijä-DNA koostuu noin 40 geenistä, jotka kontrolloivat seksuaalisen tekijän replikaatiota ja seksuaalisen pilin synteesiä.

Ensimmäiset todisteet konjugointiprosessista tulevat Lederbergin ja Tatumin kokeista, mutta Bernard Davis osoitti lopulta, että yhteys oli välttämätön siirtoa varten..

muutos

Muunnos käsittää paljaan DNA-molekyylin ottamisen, joka on ympäristössä lähellä isäntäbakteeria. Tämä DNA-fragmentti tulee toisesta bakteerista.

Prosessi voidaan suorittaa luonnollisesti, koska bakteeripopulaatiot käyvät normaalisti transformaatiossa. Samoin muunnos voidaan simuloida laboratoriossa pakottamaan bakteerit ottamaan kiinnostavan DNA: n, joka löytyy ulkopuolelta.

Teoriassa voidaan ottaa mikä tahansa DNA-fragmentti. On kuitenkin havaittu, että prosessiin liittyy pieniä molekyylejä.

transduktio

Lopuksi transduktiomekanismi tapahtuu faagilla (virus), joka kantaa DNA: ta luovuttajan bakteerista vastaanottajalle. Kuten edellisessä tapauksessa, siirretyn DNA: n määrä on suhteellisen pieni, koska viruksen kyky kantaa DNA: ta on rajoitettu.

Yleensä tämä mekanismi rajoittuu fylogeneettisesti lähellä oleviin bakteereihin, koska DNA: ta sisältävän viruksen on sitoututtava bakteerien spesifisiin reseptoreihin voidakseen injektoida materiaalia..

esimerkit

Endonukleaasit ovat entsyymejä, joilla on kyky rikkoa fosfodiesterisidoksia polynukleotidiketjusta sisältäpäin - siksi niitä kutsutaan "endo". Nämä entsyymit eivät leikkaudu mihinkään, niissä on erityisiä sivustoja, joita kutsutaan restriktiokohteiksi.

EcoRI - entsyymien aminohapposekvenssi (in. \ T E. coli) ja RSRI (in Rhodobacter sphaeroides) on lähes 300 aminohappotähteen sekvenssi, jotka ovat 50% identtisiä toistensa kanssa, mikä osoittaa selvästi läheisen evoluutiosuhteen.

Muiden molekyyli- ja biokemiallisten ominaisuuksien tutkimuksen ansiosta nämä kaksi bakteeria ovat kuitenkin hyvin erilaisia ​​ja eivät ole kovinkaan riippuvaisia ​​filogeneettisestä näkökulmasta.

Lisäksi geeni, joka koodaa EcoRI-entsyymiä, käyttää hyvin spesifisiä kodoneja, jotka ovat erilaisia ​​kuin tavallisesti käytetyt E. coli, joten epäillään, että geeni ei ole peräisin tästä bakteerista.

Geenien horisontaalinen siirto evoluutiossa

Vuonna 1859 brittiläinen luonnontieteilijä Charles Darwin mullisti biologiset tieteet hänen evoluutioteoriansa kautta luonnonvalinnan kautta. Hänen kuvakirjassaan, Lajin alkuperä, Darwin ehdottaa elämän puun metaforaa, joka havainnollistaa lajien välisiä sukututkimussuhteita.

Nykyään phylogenies on muodollinen esitys tällaisesta metaforasta, jossa oletetaan, että geneettisen tiedon siirto tapahtuu vertikaalisesti - vanhemmilta lapsille.

Voimme soveltaa tätä näkemystä ilman suuria haittaa monisoluisille organismeille ja saamme haarautuneen kuvion, kuten Darwin ehdottaa.

Tämä haarojen esittely ilman fuusioita on kuitenkin vaikea soveltaa mikro-organismeihin. Vertaessaan eri prokaryoottien genomeja on selvää, että lineaarien välillä on laaja geeninsiirto.

Siten suhteiden kuvio muistuttaa enemmän verkkoa, ja sivukontaktit on yhdistetty ja yhdistetty yhteen horisontaalisen geenisiirron yleisyyden ansiosta.

viittaukset

  1. Gogarten, J. P. ja Townsend, J. P. (2005). Horisontaalinen geeninsiirto, genomin innovaatio ja kehitys. Nature Reviews Mikrobiologia, 3(9), 679.
  2. Keeling, P. J., ja Palmer, J. D. (2008). Horisontaalinen geeninsiirto eukaryoottisessa kehityksessä. Nature Reviews Genetics, 9(8), 605.
  3. Pierce, B. A. (2009). Genetics: Käsitteellinen lähestymistapa. Ed. Panamericana Medical.
  4. Russell, P., Hertz, P., & McMillan, B. (2013). Biologia: dynaaminen tiede. Nelsonin koulutus.
  5. Sumbali, G., & Mehrotra, R. S. (2009). Mikrobiologian periaatteet. McGraw-Hill.
  6. Syvanen, M., & Kado, C. I. (2001). Horisontaalinen geeninsiirto. Academic Press.
  7. Tortora, G. J., Funke, B. R. & Case, C. L. (2007). Johdatus mikrobiologiaan. Ed. Panamericana Medical.