Horizontalni mehanizmi prenosa genov in primeri



The horizontalni prenos genov ali lateralni genski prenos je izmenjava genskega materiala med organizmi, kar se ne dogaja od očeta do sina. Ta dogodek se dogaja med posamezniki iste generacije in se lahko pojavi v enoceličnih ali večceličnih bitjih.

Horizontalni prenos poteka preko treh glavnih mehanizmov: konjugacije, transformacije in transdukcije. V prvem tipu je možno zamenjati dolge fragmente DNK, v zadnjih dveh pa je prenos omejen na majhne segmente genskega materiala..

Nasprotni koncept je prenos navpično genov, kjer genetska informacija prehaja iz organizma v njegovo potomstvo. Ta proces je razširjen pri evkariontih, kot so rastline in živali. V nasprotju s tem pa je horizontalni prenos pogost pri mikroorganizmih.

Pri evkariontih horizontalni prenos ni tako pogost. Vendar pa obstajajo dokazi o izmenjavi tega pojava, vključno s predniki ljudi, ki so pridobili določene gene z virusi..

Indeks

  • 1 Kaj je horizontalni prenos genov?
  • 2 Mehanizmi
    • 2.1 Konjugacija
    • 2.2 Preoblikovanje
    • 2.3 Transdukcija
  • 3 Primeri
  • 4 Horizontalni prenos genov v evolucijo
  • 5 Reference

Kaj je horizontalni prenos genov?

Med razmnoževanjem eukariotski organizmi prenašajo svoje gene iz ene generacije v njihovo potomstvo (potomce) v procesu, znanem kot vertikalni prenos genov. Prokaryoti opravljajo tudi ta korak, vendar z aseksualnim razmnoževanjem po pojavu fisije ali z drugimi mehanizmi.

V prokariotih pa obstaja še en način izmenjave genskega materiala, imenovanega horizontalni prenos genov. Tukaj se fragmenti DNK izmenjujejo med organizmi iste generacije in lahko preidejo iz ene vrste v drugo.

Horizontalni prenos je relativno pogost med bakterijami. Vzemimo primer genov, ki povzročajo odpornost proti antibiotikom. Ti pomembni fragmenti DNA se običajno prenašajo med bakterijami različnih vrst.

Omenjeni mehanizmi predpostavljajo pomembne medicinske zaplete pri zdravljenju okužb.

Mehanizmi

Obstajajo trije temeljni mehanizmi, s katerimi je mogoče DNK izmenjati s horizontalnim prenosom. To so konjugacija, transformacija in transdukcija.

Konjugacija

Prenos genov s konjugacijo je edini tip, ki vključuje neposreden stik med obema bakterijama.

Vendar ga ne smemo primerjati z izmenjavo genov s spolnim razmnoževanjem (kjer je običajno stik med vključenimi organizmi), ker je postopek zelo različen. Med glavnimi razlikami je odsotnost mejoze.

Med konjugacijo poteka prehod genskega materiala iz ene bakterije v drugo s pomočjo fizičnega stika, ki ga vzpostavi struktura, imenovana pili. To deluje kot povezovalni most, kjer pride do izmenjave.

Čeprav se bakterije ne razlikujejo po spolu, je organizem znan kot "moški", ki nosi majhno krožno DNA, znano kot faktor F (plodnost f). Te celice so donorji med konjugacijo in material prenesejo v drugo celico, ki nima faktorja.

DNA F-faktorja je sestavljena iz približno 40 genov, ki nadzorujejo replikacijo spolnega faktorja in sintezo spolnega pilija..

Prvi dokaz procesa konjugacije prihaja iz poskusov Lederberga in Tatuma, vendar je Bernard Davis končno dokazal, da je stik potreben za prenos..

Transformacija

Transformacija vključuje odvzem proste DNA molekule, ki je v okolju blizu gostiteljske bakterije. Ta fragment DNA prihaja iz druge bakterije.

Postopek lahko izvedemo naravno, saj bakterijske populacije običajno preoblikujejo. Podobno se lahko v laboratoriju simulira transformacija, da se bakterije prisili, da vzamejo DNA, ki je zanimiva in jo najdemo na zunanji strani.

Teoretično lahko vzamemo vsak fragment DNA. Vendar pa je bilo ugotovljeno, da postopek vključuje majhne molekule.

Transdukcija

Nazadnje, mehanizem transdukcije se pojavi s pomočjo faga (virusa), ki prenaša DNA iz donorske bakterije v prejemnika. Kot v prejšnjem primeru je količina prenesenega DNK razmeroma majhna, saj je zmogljivost virusa za prenos DNK omejena.

Običajno je ta mehanizem omejen na filogenetsko tesne bakterije, saj se mora virus, ki prenaša DNA, vezati na specifične receptorje bakterij, da lahko vbrizgajo material..

Primeri

Endonukleaze so encimi, ki imajo zmožnost prekiniti fosfodiestrske vezi znotraj polinukleotidne verige, od znotraj - zato so znani kot "endo". Ti encimi se nikjer ne režejo, imajo specifična mesta, ki jih lahko imenujejo, omejevalna mesta.

Zaporedje aminokislin za encime EcoRI (v E. coli) in RSRI (v Rhodobacter sphaeroides) imajo zaporedje skoraj 300 aminokislinskih ostankov, ki so med seboj 50% identični, kar jasno kaže na tesen razvojni odnos.

Vendar pa so zaradi preučevanja drugih molekularnih in biokemičnih značilnosti te dve bakteriji zelo različne in zelo nepovezane s filogenetskega vidika..

Poleg tega gen, ki kodira encim EcoRI, uporablja zelo specifične kodone, ki se razlikujejo od tistih, ki se običajno uporabljajo E. coli, zato obstaja sum, da gen ni izviral iz te bakterije.

Horizontalni prenos genov v evolucijo

Leta 1859 je britanski naravoslovec Charles Darwin revolucioniral biološke znanosti s svojo teorijo evolucije skozi naravno selekcijo. V njegovi ikonični knjigi, Izvor vrste, Darwin predlaga metaforo drevesa življenja, da bi prikazal genealoške odnose med vrstami.

Danes so filogenije formalna predstavitev take metafore, kjer se domneva, da se prenos genetskih informacij dogaja vertikalno - od staršev do otrok..

To vizijo lahko uporabimo brez večjih neprijetnosti za večcelične organizme in dobimo razvejan vzorec, kot predlaga Darwin..

Vendar pa je ta predstavitev vej brez fuzij težko uporabiti za mikroorganizme. Če primerjamo genome različnih prokariotov, je jasno, da obstaja precejšen prenos genov med rodovi.

Tako vzorec odnosov spominja bolj na omrežje, saj so veje povezane in združene skupaj, zaradi razširjenosti horizontalnega prenosa genov..

Reference

  1. Gogarten, J.P., & Townsend, J.P. (2005). Horizontalni prenos genov, inovativnost in evolucija genoma. Nature Reviews Mikrobiologija, 3(9), 679.
  2. Keeling, P.J., & Palmer, J.D. (2008). Horizontalni prenos gena v evkariontskem razvoju. Nature Reviews Genetics, 9(8), 605.
  3. Pierce, B. A. (2009). Genetika: konceptualni pristop. Ed Panamericana Medical.
  4. Russell, P., Hertz, P., & McMillan, B. (2013). Biologija: Dinamična znanost. Izobraževanje Nelson.
  5. Sumbali, G., in Mehrotra, R. S. (2009). Načela mikrobiologije. McGraw-Hill.
  6. Syvanen, M., & Kado, C. I. (2001). Horizontalni prenos gena. Academic Press.
  7. Tortora, G. J., Funke, B. R., in Case, C. L. (2007). Uvod v mikrobiologijo. Ed Panamericana Medical.