HORIZONTÁLIS GÉNÁTADÁS: MECHANIZMUSOK ÉS PÉLDÁK - BIOLÓGIA - 2026

A vízszintes vagy az oldalsó génátadás a genetikai anyagcsere az organizmusok között, amely nem fordul elő a családokban. Ez az esemény ugyanazon generációs egyének között zajlik le, és egysejtű vagy többsejtű lényekben fordulhat elő.

A vízszintes átvitel három fő mechanizmuson keresztül történik: konjugáció, transzformáció és transzdukció. Az első típusban a hosszú DNS-fragmentumok cseréje lehetséges, míg az utolsó kettőben a transzfer a genetikai anyag kis szegmenseire korlátozódik.

Baktérium. A THG ezekben az organizmusokban gyakori. Forrás pixabay.com

Az ellenkező koncepció a vertikális génátadás, ahol a genetikai információ egy organizmusról az utódjaira továbbad. Ez a folyamat elterjedt az eukariótákban, például a növényekben és az állatokban. Ezzel szemben a vízszintes transzfer gyakori a mikroorganizmusokban.

Az eukariótákban a vízszintes transzfer nem olyan gyakori. Van azonban bizonyíték ennek a jelenségnek a cseréjére, ideértve az emberek őseit is, akik bizonyos géneket vírusok útján szereztek.

Mi a horizontális génátadás?

A szaporodás során az eukarióta organizmusok egy nemzedékről az utódokra (gyermekekre) adják át géneiket vertikális génátvitelnek nevezett folyamat során. A prokarióták szintén végrehajtják ezt a lépést, de az aszexuális szaporodáson keresztül hasadással vagy más mechanizmusok révén.

A prokariótákban azonban van egy másik módszer a genetikai anyag cseréjére is, az úgynevezett horizontális génátvitel. Itt a DNS-fragmenseket ugyanazon generációs organizmusok cserélik, és átvihetnek egyik fajból a másikba.

A vízszintes transzfer viszonylag gyakori a baktériumok között. Vegyük például a géneket, amelyek antibiotikumokkal szemben rezisztenciát okoznak. Ezeket a fontos DNS-fragmentumokat általában a különböző fajba tartozó baktériumok között továbbítják.

Ezek a mechanizmusok jelentős orvosi komplikációkkal járnak a fertőzések kezelésében.

mechanizmusok

Három alapvető mechanizmus létezik, amelyek révén a DNS cserélhető vízszintes transzfer útján. Ezek konjugáció, transzformáció és transzdukció.

Konjugáció

A konjugációval történő génátvitel az egyetlen típus, amely a két baktérium közvetlen érintkezésével jár.

Nem szabad azonban összehasonlítani a nemi szaporodáson keresztüli géncserével (ahol általában kapcsolat van az érintett szervezetek között), mivel a folyamat nagyon különbözik. A fő különbségek között szerepel a meiozis hiánya.

A konjugáció során a genetikai anyag átjutása az egyik baktériumból a másikra fizikai érintkezés útján zajlik, amelyet egy pili nevű szerkezet hoz létre. Ez összekötő hídként működik, ahol a csere történik.

Bár a baktériumok nem differenciálódnak nemek szerint, az a organizmus, amely egy kicsi, kör alakú DNS-t hordoz, F faktorként (termékenységi f), hímként ismert. Ezek a sejtek a donorok a konjugáció során, átjuttatják az anyagot egy másik sejthez, amelyben nincs a faktor.

Az F-faktor DNS körülbelül 40 gént tartalmaz, amelyek szabályozzák a szexuális faktor replikációját és a szexuális pálák szintézisét.

A konjugációs folyamat első bizonyítéka a Lederberg és a Tatum kísérletekből származik, de végül Bernard Davis bizonyította, hogy az átadáshoz szükséges a kapcsolat.

átalakítás

A transzformáció magában foglal egy meztelen DNS-molekulát, amelyet a gazda baktériumok közelében találunk a környezetben. Ez a DNS-darab egy másik baktériumból származik.

A folyamat természetes módon is végrehajtható, mivel a baktériumpopulációk általában átalakulnak. Hasonlóképpen, a transzformációt a laboratóriumban szimulálni lehet, hogy a baktériumokat arra kényszerítsék, hogy felvegyék az érdekes DNS-t, amely kívül található.

Elméletileg bármilyen DNS elkészíthető. Megfigyelték azonban, hogy az eljárásban kis molekulák vesznek részt.

Transduction

Végül, a transzdukciós mechanizmus egy fág (vírus) révén történik, amely a donor baktériumból a DNS-t a recipiensbe hordozza. Az előzőhöz hasonlóan az átvitt DNS mennyisége viszonylag kicsi, mivel a vírus DNS-hordozó képessége korlátozott.

Ez a mechanizmus általában a filogenetikai szempontból közel lévő baktériumokra korlátozódik, mivel a DNS-t hordozó vírusnak a baktérium specifikus receptoraihoz kell kapcsolódnia ahhoz, hogy az anyagot beinjekciózzuk.

Példák

Az endonukleázok olyan enzimek, amelyek képesek megbontani a foszfodiészter kötéseket egy polinukleotid láncon belül, belülről - ezért hívják őket "endo" néven. Ezek az enzimek nem vágnak sehova, vannak specifikus helyek erre, úgynevezett restrikciós helyek.

Az EcoRI (E. coli-ban) és az RSRI (Rhodobacter sphaeroides) enzimek aminosav-szekvenciáinak közel 300 aminosav-szekvenciája van, amelyek egymással 50% -kal azonosak, egyértelműen jelezve egy szoros evolúciós rokonságot.

Más molekuláris és biokémiai tulajdonságok vizsgálatának köszönhetően ez a két baktérium nagyon különbözik egymástól, és filogenetikai szempontból nagyon kevés kapcsolatban állnak egymással.

Ezenkívül az EcoRI enzimet kódoló gén nagyon specifikus kodonokat használ, amelyek különböznek az E. coli általánosan használtól, tehát feltételezhető, hogy a gén nem ebből a baktériumból származik.

Horizontális génátadás az evolúcióban

1859-ben a Charles Darwin brit természettudós forradalmasította a biológiai tudományokat evolúciós elméletével a természetes szelekcióval. A fajok eredete ikonikus könyvében Darwin az életfa metaforáját javasolja a fajok közötti genealógiai kapcsolatok szemléltetésére.

Manapság a filogenitások formálisan reprezentálják ezt a metaforát, amikor feltételezzük, hogy a genetikai információ vertikálisan - a szülõktõl a gyermekekig - terjed.

Ezt a látást nagyobb semmiféle kényelmetlenség nélkül alkalmazhatjuk a többsejtű szervezetekre, és elágazó mintát kapunk, amint azt Darwin javasolja.

A fiókák fúzió nélküli ábrázolását azonban nehéz alkalmazni a mikroorganizmusokra. A különféle prokarióták genomjainak összehasonlítása során egyértelmű, hogy a vonalok között széles körű génátvitel zajlik.

Így a kapcsolatok mintája inkább egy hálózathoz hasonló, az ágak össze vannak kapcsolva és összeolvadtak, a horizontális génátadás prevalenciájának köszönhetően.

Irodalom

1. Gogarten, JP, és Townsend, JP (2005). Horizontális génátadás, genominnováció és evolúció. Nature Reviews Microbiology, 3 (9), 679.
2. Keeling, PJ és Palmer, JD (2008). Horizontális génátadás az eukarióta evolúcióban. Nature Reviews Genetics, 9 (8), 605.
3. Pierce, BA (2009). Genetika: Fogalmi megközelítés. Panamerican Medical Ed.
4. Russell, P., Hertz, P. és McMillan, B. (2013). Biológia: A dinamikus tudomány. Nelson Education.
5. Sumbali, G. és Mehrotra, RS (2009). A mikrobiológia alapelvei. McGraw-Hill.
6. Syvanen, M. és Kado, CI (2001). Vízszintes génátadás. Academic Press.
7. Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2007). Bevezetés a mikrobiológiába. Panamerican Medical Ed.