Horisontale genoverføringsmekanismer og eksempler



den horisontal genoverførsel eller lateral genoverførsel er udveksling af genetisk materiale mellem organismer, som ikke sker fra far til søn. Denne begivenhed finder sted mellem personer af samme generation og kan forekomme i encellulære eller multicellulære væsener.

Vandret overførsel sker via tre hovedmekanismer: konjugation, transformation og transduktion. I den første type er det muligt at udveksle lange fragmenter af DNA, mens i de sidste to er overførslen begrænset til små segmenter af det genetiske materiale.

Det modsatte koncept er overførslen lodret af gener, hvor genetisk information går fra en organisme til dens afkom. Denne proces er udbredt i eukaryoter, såsom planter og dyr. I modsætning hertil er vandret overførsel almindelig i mikroorganismer.

I eukaryoter er horisontal overførsel ikke så almindelig. Der er dog tegn på udveksling af dette fænomen, herunder menneskefædre, der har fået visse gener ved hjælp af vira.

indeks

  • 1 Hvad er horisontal genoverførsel?
  • 2 Mekanismer
    • 2.1 Konjugering
    • 2.2 Transformation
    • 2.3 Transduktion
  • 3 eksempler
  • 4 Den horisontale overførsel af gener i evolution
  • 5 referencer

Hvad er horisontal genoverførsel?

Under reproduktion overlever eukaryote organismer deres gener fra en generation til deres afkom (afkom) i en proces kendt som vertikal genoverførsel. Prokaryoter udfører også dette trin, men gennem aseksuel reproduktion ved fissionsfænomenet eller andre mekanismer.

Imidlertid er der i prokaryoter en anden måde at udveksle genetisk materiale kaldet vandret genoverførsel. Her udveksles DNA-fragmenterne mellem organismer af samme generation og kan passere fra en art til en anden.

Vandret overførsel er relativt almindelig blandt bakterier. Tag eksemplet på gener, der forårsager resistens overfor antibiotika. Disse vigtige DNA-fragmenter overføres normalt mellem bakterier af forskellige arter.

De nævnte mekanismer antager betydelige medicinske komplikationer ved behandling af infektioner.

mekanismer

Der er tre grundlæggende mekanismer, hvorved DNA kan udveksles ved horisontal overførsel. Disse er konjugation, transformation og transduktion.

konjugation

Genoverførsel via konjugation er den eneste type, der involverer direkte kontakt mellem de to bakterier.

Det bør dog ikke sammenlignes med genudveksling gennem seksuel reproduktion (hvor der normalt er en kontakt mellem de involverede organismer), da processen er meget forskellig. Blandt de vigtigste forskelle er fraværet af meiose.

Under konjugering udføres passagen af ​​genetisk materiale fra en bakterie til en anden ved hjælp af en fysisk kontakt etableret af en struktur kaldet pili. Dette fungerer som en forbindelsesbro, hvor udvekslingen finder sted.

Selvom bakterier ikke differentieres i køn, er det kendt som "mand" for organismen, der bærer et lille cirkulært DNA kendt som faktor F (fertilitet f). Disse celler er donorerne under konjugation, og de overfører materialet til en anden celle, der mangler faktoren.

F-faktor-DNA'et består af ca. 40 gener, som styrer replikationen af ​​den seksuelle faktor og syntesen af ​​den seksuelle pili.

Det første bevis på konjugeringsprocessen kommer fra eksperimenterne fra Lederberg og Tatum, men det var Bernard Davis, der endelig viste sig at kontakten var nødvendig for overførslen.

transformation

Transformationen indebærer at tage et nøgent DNA-molekyle, der er i miljøet nær en værtsbakterie. Dette DNA-fragment kommer fra en anden bakterie.

Processen kan udføres naturligt, da bakteriepopulationer normalt gennemgår transformation. På samme måde kan transformationen simuleres i laboratoriet for at tvinge bakterierne til at tage et DNA af interesse, der findes udefra.

Teoretisk set kan ethvert DNA-fragment tages. Det er imidlertid blevet observeret, at processen involverer små molekyler.

transduktion

Endelig sker transduktionsmekanismen ved hjælp af en fag (virus), som bærer DNA fra en donorbakterie til en modtager. Som i det foregående tilfælde er mængden af ​​overført DNA relativt lille, da virusets evne til at bære DNA er begrænset.

Normalt er denne mekanisme begrænset til fylogenetisk tætte bakterier, da viruset, som bærer DNA'et, skal binde til specifikke receptorer af bakterierne for at kunne injicere materialet.

eksempler

Endonucleaser er enzymer, der har evnen til at bryde phosphodiesterbindinger inden for en polynukleotidkæde, indefra - det er derfor, de er kendt som "endo". Disse enzymer skæres ikke overalt, de har bestemte steder at gøre det, kaldet restriktionssteder.

Aminosyresekvensen for EcoRI-enzymerne (in E. coli) og RSRI (in Rhodobacter sphaeroides) har en sekvens på næsten 300 aminosyrerester, som er 50% identiske med hinanden, hvilket tydeligt angiver et tæt evolutionært forhold.

Men takket være undersøgelsen af ​​andre molekylære og biokemiske egenskaber er disse to bakterier meget forskellige og er meget uafhængige af det fylogenetiske synspunkt.

Derudover anvender genet, som koder for enzymet EcoRI, meget specifikke codoner, som adskiller sig fra dem, der normalt anvendes E. coli, så det er mistanke om, at genet ikke stammer fra denne bakterie.

Den horisontale overførsel af gener i evolution

I år 1859 revolutionerede den britiske naturforsker Charles Darwin de biologiske videnskaber med evolutionens teori gennem naturlig udvælgelse. I hans ikoniske bog, Artens oprindelse, Darwin foreslår metaforen af ​​livets træ for at illustrere de genealogiske forhold mellem arter.

I dag er fylogenier en formel repræsentation af en sådan metafor, hvor det antages, at transmissionen af ​​genetiske oplysninger sker vertikalt - fra forældre til børn.

Vi kan anvende denne vision uden større ulejlighed for multicellulære organismer, og vi vil få et forgrenet mønster, som Darwin foreslår.

Imidlertid er denne repræsentation af grene uden fusioner vanskelig at anvende på mikroorganismer. Ved sammenligning af genomerne af forskellige prokaryoter er det klart, at der er omfattende genoverførsel mellem lineages.

Mønsteret af relationer ligner således mere et netværk, med grene forbundet og sammenflettet takket være udbredelsen af ​​vandret genoverførsel.

referencer

  1. Gogarten, J. P., & Townsend, J. P. (2005). Vandret genoverførsel, genom innovation og evolution. Natur Anmeldelser Mikrobiologi, 3(9), 679.
  2. Keeling, P.J., & Palmer, J.D. (2008). Horisontal genoverførsel i eukaryotisk udvikling. Natur Anmeldelser Genetik, 9(8), 605.
  3. Pierce, B. A. (2009). Genetik: En konceptuel tilgang. Ed. Panamericana Medical.
  4. Russell, P., Hertz, P., & McMillan, B. (2013). Biologi: Den dynamiske videnskab. Nelson Uddannelse.
  5. Sumbali, G., & Mehrotra, R. S. (2009). Principper for mikrobiologi. McGraw-Hill.
  6. Syvanen, M., & Kado, C. I. (2001). Vandret genoverførsel. Academic Press.
  7. Tortora, G.J., Funke, B.R., og Case, C.L. (2007). Introduktion til mikrobiologi. Ed. Panamericana Medical.