Horisontaalsed geeniülekande mehhanismid ja näited



The horisontaalne geeniülekanne või külgmine geeniülekanne on geneetilise materjali vahetus organismide vahel, mis ei juhtu isalt pojale. See sündmus toimub sama põlvkonna üksikisikute vahel ja võib esineda ühe- või mitmerakulistes olendites.

Horisontaalne ülekanne toimub kolme peamise mehhanismi kaudu: konjugatsioon, transformatsioon ja transduktsioon. Esimeses tüübis on võimalik vahetada pikki DNA fragmente, samas kui viimases kahes on ülekanne piiratud geneetilise materjali väikeste segmentidega..

Vastupidine mõiste on ülekanne vertikaalne geenide kohta, kus geneetiline teave liigub organismist oma järglastele. See protsess on laialt levinud eukarüootides nagu taimed ja loomad. Seevastu on mikroorganismides tavaline horisontaalne ülekanne.

Eukarüootides ei ole horisontaalne ülekanne nii levinud. Siiski on tõendeid selle nähtuse, sealhulgas inimeste esivanemate vahetamise kohta, kes said viiruste abil teatud geene.

Indeks

  • 1 Mis on horisontaalne geeniülekanne?
  • 2 Mehhanismid
    • 2.1 Konjugatsioon
    • 2.2 Ümberkujundamine
    • 2.3 Transduktsioon
  • 3 Näited
  • 4 Geenide horisontaalne ülekanne evolutsioonis
  • 5 Viited

Mis on horisontaalne geeniülekanne?

Reprodutseerimise ajal läbivad eukarüootsed organismid oma geenid ühelt põlvkonnalt järglastele (järglastele) protsessis, mida nimetatakse vertikaalseks geeniülekandeks. Prokarüootid täidavad seda sammu, kuid läbi lõhustumise nähtuse või muude mehhanismide ebatavalise reprodutseerimise.

Prokarüootides on aga veel üks viis geneetilise materjali vahetamiseks, mida nimetatakse horisontaalseks geeniülekandeks. Siin vahetatakse DNA fragmendid sama põlvkonna organismide vahel ja nad võivad ühest liigist teise edasi liikuda.

Horisontaalne ülekanne on bakterite seas suhteliselt tavaline. Võtke näiteks geenid, mis põhjustavad resistentsust antibiootikumide suhtes. Need olulised DNA fragmendid kantakse tavaliselt erinevate liikide bakterite vahel.

Nimetatud mehhanismid eeldavad infektsioonide ravimisel olulisi meditsiinilisi komplikatsioone.

Mehhanismid

On olemas kolm peamist mehhanismi, mille abil saab DNA-d vahetada horisontaalse ülekandega. Need on konjugatsioon, transformatsioon ja transduktsioon.

Konjugatsioon

Geeniülekanne konjugatsiooni teel on ainus tüüp, mis hõlmab otsest kontakti kahe bakteri vahel.

Samas ei tohiks seda võrrelda geenivahetusega seksuaalse paljunemise kaudu (kus on tavaliselt kokkupuude asjaomaste organismide vahel), kuna protsess on väga erinev. Peamisteks erinevusteks on mioosi puudumine.

Konjugatsiooni ajal toimub geneetilise materjali läbimine ühelt bakterilt teisele füüsilise kontakti abil, mille moodustab struktuur, mida nimetatakse piliks. See toimib ühendussildana, kus toimub vahetamine.

Kuigi bakterid ei erine soost, on organismis "isane" tuntud väikese ümmarguse DNA-ga, mida tuntakse F-tegurina (viljakus f). Need rakud on konjugatsiooni ajal doonorid ja nad edastavad materjali teisele rakule, millel puudub tegur.

F-faktori DNA koosneb umbes 40 geenist, mis kontrollivad seksuaalse teguri replikatsiooni ja seksuaalse pili sünteesi..

Esimesed tõendid konjugatsiooniprotsessi kohta pärinevad Lederbergi ja Tatumi katsetest, kuid Bernard Davis tõestas lõpuks, et kontakt oli vajalik üleandmiseks.

Ümberkujundamine

Transformatsioon hõlmab palja DNA molekuli võtmist, mis on keskkonda peremehe bakteri lähedal. See DNA fragment pärineb teisest bakterist.

Protsessi saab läbi viia loomulikult, kuna bakteripopulatsioonid läbivad tavaliselt transformatsiooni. Samamoodi saab laboris muuta transformatsiooni, et sundida baktereid võtma huvipakkuvat DNA-d, mis on väljas.

Teoreetiliselt võib võtta mis tahes DNA fragmenti. Siiski on täheldatud, et protsess hõlmab väikesi molekule.

Transduktsioon

Lõpuks toimub transduktsiooni mehhanism faagi (viiruse) abil, mis kannab doonori bakterist DNA-d vastuvõtjale. Nagu eelmisel juhul, on ülekantud DNA kogus suhteliselt väike, kuna viiruse võime DNA-d kandma on piiratud.

Tavaliselt piirdub see mehhanism fütogeneetiliselt lähedaste bakteritega, kuna DNA, mis kannab DNA-d, peab seonduma materjali spetsiifiliste retseptoritega..

Näited

Endonukleaasid on ensüümid, millel on võime katkestada fosfodiestri sidemeid polünukleotiidahelas seestpoolt - seetõttu nimetatakse neid "endo". Need ensüümid ei lõigata kuskil, neil on selleks konkreetsed saidid, mida nimetatakse restriktsioonisaitideks.

EcoRI ensüümide aminohappejärjestus (in. \ T E. coli) ja RSRI (in Rhodobacter sphaeroides) omavad peaaegu 300 aminohappejääki, mis on üksteisega 50% identsed, mis näitab selgelt lähedast evolutsioonilist suhet.

Kuid tänu teiste molekulaarsete ja biokeemiliste omaduste uuringule on need kaks bakterit väga erinevad ja ei ole filogeneetilisest seisukohast väga erinevad..

Lisaks kasutab geen, mis kodeerib ensüümi EcoRI, väga spetsiifilisi koodoneid, mis erinevad tavapäraselt kasutatavatest koodonitest E. coli, seega kahtlustatakse, et geen ei pärine selles bakteris.

Geenide horisontaalne ülekanne evolutsioonis

Aastal 1859 muutis Briti loodusteadlane Charles Darwin bioloogilisi teadusi oma evolutsiooniteooriaga läbi loodusliku valiku. Oma ikoonilises raamatus, Liigi päritolu, Darwin esitab elupuu metafoori, et illustreerida liikide vahelisi genealoogilisi suhteid.

Praegu on filogeensed sellise metafoori ametlik esitus, kus eeldatakse, et geneetilise informatsiooni edastamine toimub vertikaalselt - vanematelt lastele..

Me saame seda nägemust rakendada ilma suurte ebamugavusteta mitmerakulistele organismidele ja me saame hargnenud mustri, nagu Darwin soovitab.

Siiski ei ole see fusioonita harude esindamine mikroorganismidele keeruline. Erinevate prokarüootide genoomide võrdlemisel on selge, et liinide vahel on ulatuslik geeniülekanne.

Seega sarnaneb suhete muster rohkem võrguga, kus harud on ühendatud ja ühendatud, tänu horisontaalse geeniülekande levimusele.

Viited

  1. Gogarten, J. P., & Townsend, J. P. (2005). Horisontaalne geeniülekanne, genoomi innovatsioon ja areng. Mikrobioloogia, 3(9), 679.
  2. Keeling, P. J., & Palmer, J. D. (2008). Horisontaalne geeniülekanne eukarüootses arengus. Nature Reviews Geneetika, 9(8), 605.
  3. Pierce, B. A. (2009). Geneetika: kontseptuaalne lähenemine. Ed. Panamericana Medical.
  4. Russell, P., Hertz, P., & McMillan, B. (2013). Bioloogia: dünaamiline teadus. Nelsoni haridus.
  5. Sumbali, G., & Mehrotra, R. S. (2009). Mikrobioloogia põhimõtted. McGraw-Hill.
  6. Syvanen, M., & Kado, C. I. (2001). Horisontaalne geeniülekanne. Academic Press.
  7. Tortora, G. J., Funke, B. R. & Case, C. L. (2007). Mikrobioloogia tutvustus. Ed. Panamericana Medical.