HORIZONTALUSIS GENŲ PERDAVIMAS: MECHANIZMAI IR PAVYZDŽIAI - BIOLOGIJA - 2025

Horizontalus genų perdavimas arba ant šono genų perkėlimas genetinės medžiagos tarp organizmų, kuris neaptinkamas šeimų keitimo. Šis įvykis vyksta tarp tos pačios kartos asmenų ir gali įvykti vienaląstelėse ar daugialąstelėse būtybėse.

Horizontalusis perdavimas vyksta per tris pagrindinius mechanizmus: konjugaciją, transformaciją ir transdukciją. Pirmojo tipo atveju galima keistis ilgais DNR fragmentais, o paskutiniuose dviejuose - perdavimas apsiriboja mažais genetinės medžiagos segmentais.

Bakterija. THG yra paplitęs šiuose organizmuose. Šaltinis pixabay.com

Priešinga koncepcija yra vertikalus genų perdavimas, kai genetinė informacija pereina iš organizmo jo palikuonims. Šis procesas yra paplitęs eukariotuose, kaip ir augaluose bei gyvūnuose. Priešingai, horizontalus perdavimas yra įprastas mikroorganizmuose.

Eukariotuose horizontalus perkėlimas nėra toks dažnas. Tačiau yra įrodymų apie šio reiškinio pasikeitimą, įskaitant protėvius žmones, kurie tam tikrus genus įgijo per virusus.

Kas yra horizontalus genų perdavimas?

Reprodukcijos metu eukariotiniai organizmai perduoda savo genus iš kartos į savo palikuonis (vaikus), vadinamą vertikaliu genų perdavimu. Prokariotai taip pat atlieka šį žingsnį, tačiau per nelytinį dauginimąsi dalijimosi ar kitais mechanizmais.

Tačiau prokariotuose yra dar vienas genetinės medžiagos mainų būdas, vadinamas horizontaliu genų perdavimu. DNR fragmentai keičiasi tos pačios kartos organizmais ir gali pereiti iš vienos rūšies į kitą.

Horizontalusis perkėlimas yra gana dažnas tarp bakterijų. Imkime genų, kurie sukelia atsparumą antibiotikams, pavyzdį. Šie svarbūs DNR fragmentai paprastai perduodami tarp skirtingų rūšių bakterijų.

Šie mechanizmai yra susiję su didelėmis medicininėmis komplikacijomis gydant infekcijas.

Mechanizmai

Yra trys pagrindiniai mechanizmai, kuriais DNR gali būti keičiamasi perduodant horizontaliai. Tai yra konjugacija, transformacija ir transdukcija.

Konjugacija

Genų perdavimas konjugacijos būdu yra vienintelis būdas, susijęs su tiesioginiu dviejų bakterijų kontaktu.

Tačiau to nereikėtų lyginti su genų mainais lytinio dauginimosi metu (kur paprastai būna kontaktų tarp dalyvaujančių organizmų), nes procesas yra labai skirtingas. Tarp pagrindinių skirtumų yra mejozės nebuvimas.

Konjugacijos metu genetinė medžiaga iš vienos bakterijos į kitą pereina per fizinį kontaktą, kurį sukuria struktūra, vadinama pili. Tai veikia kaip jungiamasis tiltas, kuriame vyksta mainai.

Nors bakterijos neišsiskiria į lytį, organizmas, turintis nedidelę žiedinę DNR, žinomą kaip faktorius F (vaisingumas f), yra žinomas kaip „patinas“. Šios ląstelės yra donorai konjugacijos metu, perduodamos medžiagą į kitą ląstelę, kuriai trūksta faktoriaus.

F faktoriaus DNR susideda iš maždaug 40 genų, kurie kontroliuoja lytinio faktoriaus replikaciją ir lytinių polių sintezę.

Pirmieji konjugacijos proceso įrodymai yra gauti iš Lederbergo ir Tatumo eksperimentų, tačiau būtent Bernardas Davisas pagaliau parodė, kad perduoti reikalingas kontaktas.

Transformacija

Transformacija yra susijusi su plika DNR molekulės, esančios aplinkoje, esančioje artimoje bakterijai šeimininkei, paėmimu. Šis DNR gabalas yra iš kitos bakterijos.

Procesas gali būti vykdomas natūraliai, nes bakterijų populiacijos paprastai virsta. Panašiai, transformaciją galima imituoti laboratorijoje, kad priverstų bakterijas pasiimti dominančią DNR, esančią lauke.

Teoriškai galima paimti bet kurį DNR gabalą. Tačiau buvo pastebėta, kad procese dalyvauja mažos molekulės.

Transdukcija

Galiausiai, transdukcijos mechanizmas vyksta naudojant fagą (virusą), pernešantį DNR iš donoro bakterijos recipientui. Kaip ir ankstesniu atveju, perduotos DNR kiekis yra palyginti mažas, nes viruso galimybės nešioti DNR yra ribotos.

Paprastai šis mechanizmas apsiriboja bakterijomis, kurios yra filogenetiškai artimos, nes virusas, kuris nešioja DNR, turi prisijungti prie specifinių bakterijų receptorių, kad galėtų sušvirkšti medžiagą.

Pavyzdžiai

Endonukleazės yra fermentai, kurie turi galimybę skaidyti fosfodiesterinius ryšius polinukleotidų grandinėje iš vidaus - štai kodėl jie yra žinomi kaip „endo“. Šie fermentai niekur nesupjauna, jie turi tam tikras vietas, vadinamas restrikcijos vietomis.

Fermentų EcoRI (E. coli) ir RSRI (Rhodobacter sphaeroides) aminorūgščių sekose yra beveik 300 aminorūgščių liekanų, kurios yra 50% identiškos viena kitai, seka, aiškiai parodanti glaudų evoliucijos ryšį.

Tačiau, tiriant kitas molekulines ir biochemines savybes, šios dvi bakterijos yra labai skirtingos ir filogenetiniu požiūriu yra labai mažai susijusios.

Be to, gene, kuris koduoja „EcoRI“ fermentą, naudojami labai specifiniai kodonai, kurie skiriasi nuo tų, kuriuos paprastai naudoja E. coli, todėl įtariama, kad genas kilo ne iš šios bakterijos.

Horizontalusis genų perdavimas evoliucijoje

1859 m. Britų gamtininkas Charlesas Darwinas sukūrė biologinius mokslus savo evoliucijos teorija per natūralią atranką. Savo ikoninėje knygoje „Rūšių kilmė“ Darvinas siūlo gyvybės medžio metaforą iliustruoti rūšių genealoginius ryšius.

Šiandien filogenijos yra oficialus šios metaforos vaizdavimas, kai manoma, kad genetinė informacija perduodama vertikaliai - iš tėvų į vaikus.

Mes galime pritaikyti šią viziją nesukeldami daug nepatogumų daugialąsčiams organizmams ir gausime išsišakojusį modelį, kaip siūlo Darvinas.

Tačiau tokį filialų atvaizdą be suliejimo sunku pritaikyti mikroorganizmams. Palyginus skirtingų prokariotų genomus, akivaizdu, kad tarp linijų yra didelis genų pernešimas.

Taigi, dėl horizontalaus genų perdavimo paplitimo, santykių modelis yra labiau panašus į tinklą, kurio šakos yra sujungtos ir sulietos kartu.

Nuorodos

1. Gogarten, JP ir Townsend, JP (2005). Horizontalus genų perdavimas, genomo naujovės ir evoliucija. „Nature Reviews Microbiology“, 3 (9), 679.
2. Keelingas, PJ ir Palmeris, JD (2008). Horizontalusis genų perdavimas eukariotų evoliucijoje. „Nature Reviews Genetics“, 9 (8), 605.
3. Pierce, BA (2009). Genetika: konceptualus požiūris. Panamerican Medical Ed.
4. Russell, P., Hertz, P., ir McMillan, B. (2013). Biologija: dinaminis mokslas. Nelsono švietimas.
5. Sumbali, G., ir Mehrotra, RS (2009). Mikrobiologijos principai. McGraw-Hill.
6. Syvanen, M., ir Kado, CI (2001). Horizontalus genų perdavimas. Akademinė spauda.
7. „Tortora“, G. J., „Funke“, „BR“ ir „Case“, CL (2007). Įvadas į mikrobiologiją. Panamerican Medical Ed.