Horizontālie gēnu pārneses mehānismi un piemēri



The horizontāla gēnu pārnešana vai sānu gēnu pārnešana ir ģenētiskā materiāla apmaiņa starp organismiem, kas nenotiek no tēva uz dēlu. Šis notikums notiek starp vienas un tās pašas paaudzes indivīdiem, un tas var notikt vienšūnu vai daudzšūnu būtnēs.

Horizontālā nodošana notiek, izmantojot trīs galvenos mehānismus: konjugāciju, transformāciju un transdukciju. Pirmajā tipā ir iespējams apmainīt garus DNS fragmentus, bet pēdējos divos gadījumos pārsūtīšana attiecas tikai uz ģenētiskā materiāla nelieliem segmentiem..

Pretējā koncepcija ir nodošana vertikāli gēnu, kur ģenētiskā informācija pāriet no organisma uz pēcnācējiem. Šis process ir plaši izplatīts eukariotos, piemēram, augos un dzīvniekos. Turpretī mikroorganismos ir izplatīta horizontāla pārnešana.

Eukariotos horizontālā pārsūtīšana nav tik izplatīta. Tomēr ir pierādījumi par šīs parādības apmaiņu, tostarp cilvēku senči, kas ieguva noteiktus gēnus ar vīrusu palīdzību..

Indekss

  • 1 Kas ir horizontālais gēnu pārnese?
  • 2 mehānismi
    • 2.1 Konjugācija
    • 2.2 Pārveidošana
    • 2.3. Transdukcija
  • 3 Piemēri
  • 4 Gēnu horizontālā pārnešana evolūcijā
  • 5 Atsauces

Kas ir horizontālais gēnu pārnese?

Reprodukcijas laikā eukariotiskie organismi nodod gēnus no vienas paaudzes uz pēcnācējiem (pēcnācējiem) tādā procesā, ko sauc par vertikālo gēnu pārnesi. Prokarioti arī veic šo soli, bet veicot šķelšanās fenomenu vai citus mehānismus.

Tomēr prokariotos ir vēl viens veids, kā apmainīties ar ģenētisko materiālu, ko sauc par horizontālo gēnu pārnesi. Šeit DNS fragmenti tiek apmainīti starp vienas paaudzes organismiem un var pāriet no vienas sugas uz citu.

Horizontālā pārnešana ir relatīvi izplatīta baktēriju vidū. Veikt gēnu, kas izraisa rezistenci pret antibiotikām, piemēru. Šie nozīmīgie DNS fragmenti parasti tiek pārnesti starp dažādu sugu baktērijām.

Minētie mehānismi paredz nozīmīgas medicīniskas komplikācijas, ārstējot infekcijas.

Mehānismi

Pastāv trīs pamatmehānismi, ar kuriem DNS var apmainīties ar horizontālu pārsūtīšanu. Tie ir konjugācija, transformācija un transdukcija.

Konjugācija

Gēnu pārnešana ar konjugāciju ir vienīgais veids, kas ietver tiešu kontaktu starp abām baktērijām.

Tomēr to nedrīkst salīdzināt ar gēnu apmaiņu seksuālās reprodukcijas ceļā (kur parasti notiek saskare starp iesaistītajiem organismiem), jo process ir ļoti atšķirīgs. Starp galvenajām atšķirībām ir miozes trūkums.

Konjugācijas laikā ģenētiskā materiāla pārvietošana no vienas baktērijas uz citu tiek veikta, izmantojot fizisku kontaktu, ko izveido struktūra, ko sauc par pili. Tas darbojas kā savienojuma tilts, kur notiek apmaiņa.

Lai gan baktērijas atšķiras no dzimuma, organismam tas ir pazīstams kā "vīrietis", kam piemīt mazs apļveida DNS, kas pazīstams kā F faktors (auglība f). Šīs šūnas ir donori konjugācijas laikā, un tās nodod materiālu citai šūnai, kurai trūkst faktora.

F-faktora DNS sastāv no aptuveni 40 gēniem, kas kontrolē seksuālā faktora replikāciju un seksuālo pili..

Pirmie pierādījumi par konjugācijas procesu nāk no Lederberg un Tatum eksperimentiem, bet Bernard Davis beidzot pierādīja, ka kontaktpersona bija nepieciešama pārcelšanai..

Transformācija

Pārveidošana ietver neapbruņotu DNS molekulu, kas atrodas vidē netālu no saimniekbaktērijas. Šis DNS fragments nāk no citas baktērijas.

Šo procesu var veikt dabiski, jo baktēriju populācijas parasti transformējas. Līdzīgi, transformāciju var simulēt laboratorijā, lai piespiestu baktērijas ņemt interesējošu DNS, kas atrodams ārpusē..

Teorētiski var ņemt jebkuru DNS fragmentu. Tomēr ir novērots, ka process ietver mazas molekulas.

Transdukcija

Visbeidzot, transdukcijas mehānisms notiek ar fāgu (vīrusu), kas pārnēsā DNS no donora baktērijas saņēmējam. Tāpat kā iepriekšējā gadījumā, pārnestās DNS daudzums ir salīdzinoši neliels, jo vīrusa kapacitāte DNS pārnēsāšanai ir ierobežota.

Parasti šis mehānisms aprobežojas ar filogenētiski tuvām baktērijām, jo ​​vīruss, kas satur DNS, ir jāsaista ar specifiskiem baktēriju receptoriem, lai varētu injicēt materiālu..

Piemēri

Endonukleazes ir fermenti, kas spēj noārdīt fosfodiesteru saites polinukleotīdu ķēdē no iekšpuses - tāpēc tie ir pazīstami kā "endo". Šie fermenti nav izgriezti nekur, tiem ir specifiskas vietas, ko to darīt, ko sauc par ierobežošanas vietām.

EcoRI enzīmu aminoskābju secība (in. \ T E. coli) un RSRI (in Rhodobacter sphaeroides) ir gandrīz 300 aminoskābju atlikumu secība, kas ir 50% identiskas viena otrai, kas skaidri norāda uz ciešu evolūcijas attiecību..

Tomēr, pateicoties pētījumam par citām molekulārām un bioķīmiskām īpašībām, šīs divas baktērijas ir ļoti atšķirīgas un ļoti nesaistītas ar filogenētisko skatījumu..

Turklāt gēns, kas kodē EcoRI, izmanto ļoti specifiskus kodonus, kas atšķiras no tiem, ko parasti lieto E. coli, tāpēc ir aizdomas, ka gēns nav radies no šīs baktērijas.

Gēnu pārvietošana evolūcijā

1859. gadā britu dabaszinātnieks Čārlzs Darvins pārvērš bioloģijas zinātnes ar savu evolūcijas teoriju, izmantojot dabisko atlasi. Savā ikoniskajā grāmatā, Sugas izcelsme, Darvins ierosina dzīves koka metaforu, lai ilustrētu sugu ģenealoģiskās attiecības.

Šodien filogēni ir šāda metafora formāla attēlojums, kurā tiek pieņemts, ka ģenētiskās informācijas pārraide notiek vertikāli - no vecākiem līdz bērniem..

Mēs varam piemērot šo redzējumu bez lielām neērtībām daudzšūnu organismiem, un mēs iegūsim sazarotu modeli, kā Darwin ierosina.

Tomēr šo filiāļu bez fūzijām attēlošanu ir grūti piemērot mikroorganismiem. Salīdzinot dažādu prokariotu genomus, ir skaidrs, ka pastāv plaša gēnu pārnese starp līnijām.

Tādējādi attiecību modelis līdzinās tīklam, jo ​​filiāles ir savienotas un apvienotas, pateicoties horizontālās gēnu pārneses izplatībai..

Atsauces

  1. Gogarten, J. P., un Townsend, J. P. (2005). Horizontāla gēnu pārnešana, genoma inovācija un attīstība. Dabas apskats Mikrobioloģija, 3(9), 679.
  2. Kīlings, P. J., & Palmer, J. D. (2008). Horizontāla gēnu pārnešana eukariotiskajā evolūcijā. Daba Atsauksmes Ģenētika, 9(8), 605.
  3. Pierce, B. A. (2009). Ģenētika: konceptuāla pieeja. Ed. Panamericana Medical.
  4. Russell, P., Hertz, P., &, McMillan, B., (2013). Bioloģija: dinamiskā zinātne. Nelsona izglītība.
  5. Sumbali, G., un Mehrotra, R. S. (2009). Mikrobioloģijas principi. McGraw-Hill.
  6. Syvanen, M., & Kado, C. I. (2001). Horizontāla gēnu pārnešana. Academic Press.
  7. Tortora, G. J., Funke, B. R. un Case, C. L. (2007). Ievads mikrobioloģijā. Ed. Panamericana Medical.