HORISONTAL GENOVERFØRSEL: MEKANISMER OG EKSEMPLER - BIOLOGI - 2025

Den horisontale genoverførsel eller lateral genoverførsel er udvekslingen af ​​genetisk materiale mellem organismer, som ikke forekommer i familier. Denne begivenhed finder sted mellem individer i samme generation og kan forekomme i encellede eller multicellulære væsener.

Horisontal overførsel sker gennem tre hovedmekanismer: konjugering, transformation og transduktion. I den første type er udveksling af lange DNA-fragmenter mulig, medens overførslen i de to sidste er begrænset til små segmenter af det genetiske materiale.

En bakterie. THG er almindeligt i disse organismer. Kilde pixabay.com

Det modsatte koncept er vertikal genoverførsel, hvor genetisk information overføres fra en organisme til dens afkom. Denne proces er udbredt i eukaryoter, som planter og dyr. I modsætning hertil er vandret overførsel almindelig i mikroorganismer.

I eukaryoter er vandret overførsel ikke så almindelig. Der er dog tegn på udveksling af dette fænomen, inklusive forfader til mennesker, der opnåede visse gener gennem vira.

Hvad er vandret genoverførsel?

Under reproduktion passerer eukaryote organismer deres gener fra en generation til deres afkom (børn) i en proces, der kaldes lodret genoverførsel. Prokaryoter udfører også dette trin, men gennem aseksuel reproduktion gennem fission eller andre mekanismer.

I prokaryoter er der imidlertid en anden måde at udveksle genetisk materiale kaldet horisontal genoverførsel. Her udveksles DNA-fragmenterne mellem organismer af samme generation og kan passere fra en art til en anden.

Horisontal overførsel er relativt almindelig blandt bakterier. Tag eksemplet med gener, der forårsager resistens over for antibiotika. Disse vigtige DNA-fragmenter overføres normalt mellem bakterier af forskellige arter.

Disse mekanismer involverer betydelige medicinske komplikationer ved behandling af infektioner.

mekanismer

Der er tre grundlæggende mekanismer, hvormed DNA kan udveksles ved vandret overførsel. Disse er konjugering, transformation og transduktion.

konjugation

Genoverførsel ved hjælp af konjugering er den eneste type, der involverer direkte kontakt mellem de to bakterier.

Det bør dog ikke sammenlignes med genudveksling gennem seksuel reproduktion (hvor der normalt er en kontakt mellem de involverede organismer), da processen er meget forskellig. Blandt de største forskelle er fraværet af meiose.

Under konjugering foregår overførslen af ​​genetisk materiale fra en bakterie til en anden gennem fysisk kontakt etableret af en struktur kaldet pili. Dette fungerer som en forbindelsesbro, hvor udvekslingen finder sted.

Selvom bakterier ikke differentierer sig til køn, er organismen, der bærer et lille cirkulært DNA, kendt som faktor F (fertilitet f), kendt som "han". Disse celler er donorer under konjugering og overfører materialet til en anden celle, der mangler faktoren.

Faktor F DNA består af omkring 40 gener, der kontrollerer replikationen af ​​den seksuelle faktor og syntesen af ​​den seksuelle pili.

Det første bevis på konjugationsprocessen kommer fra Lederberg- og Tatum-eksperimenterne, men det var Bernard Davis, der til sidst demonstrerede, at kontakt var nødvendigt for overførsel.

Transformation

Transformationen involverer indtagelse af et nøgent DNA-molekyle fundet i miljøet tæt på en værtsbakterie. Dette stykke DNA kommer fra en anden bakterie.

Processen kan udføres naturligt, da bakteriepopulationer normalt gennemgår transformation. På lignende måde kan transformationen simuleres i laboratoriet for at tvinge bakterier til at optage DNA af interesse, der findes uden for.

Teoretisk kan ethvert stykke DNA tages. Imidlertid er det observeret, at processen involverer små molekyler.

Transduktion

Endelig forekommer transduktionsmekanismen ved hjælp af en fag (virus), der bærer DNA fra en donorbakterie til en modtager. Som i det foregående tilfælde er mængden af ​​overført DNA relativt lille, da virusens evne til at bære DNA er begrænset.

Normalt er denne mekanisme begrænset til bakterier, der er phylogenetisk tæt, da den virus, der bærer DNA, skal binde til specifikke receptorer på bakterierne for at injicere materialet.

eksempler

Endonukleaser er enzymer, der har evnen til at bryde phosphodiesterbindinger inden i en polynukleotidkæde, indefra - det er derfor, de kaldes "endo". Disse enzymer skærer ikke noget sted, de har specifikke steder til at gøre det, kaldet restriktionssteder.

Aminosyresekvenserne for enzymerne EcoRI (i E. coli) og RSRI (i Rhodobacter sphaeroides) har en sekvens på næsten 300 aminosyrerester, som er 50% identiske med hinanden, hvilket tydeligt indikerer et tæt evolutionært slektskab.

Takket være undersøgelsen af ​​andre molekylære og biokemiske egenskaber er disse to bakterier imidlertid meget forskellige og er meget lidt beslægtede set fra et fylogenetisk synspunkt.

Derudover bruger genet, der koder for EcoRI-enzymet, meget specifikke kodoner, der er forskellige fra dem, der normalt bruges af E. coli, så det antages, at genet ikke stammer fra denne bakterie.

Horisontal genoverførsel i evolution

I 1859 revolutionerede den britiske naturforsker Charles Darwin de biologiske videnskaber med sin evolutionsteori gennem naturlig udvælgelse. I sin ikoniske bog, The Origin of Species, foreslår Darwin metaforen for livets træ for at illustrere de genealogiske forhold mellem arter.

I dag er fylogenier en formel repræsentation af denne metafor, hvor det antages, at transmission af genetisk information sker lodret - fra forældre til børn.

Vi kan anvende denne vision uden større ulemper for flercellede organismer, og vi vil få et forgrenet mønster, som Darwin foreslår.

Imidlertid er denne repræsentation af grene uden fusioner vanskelig at anvende til mikroorganismer. Når man sammenligner genomerne fra forskellige prokaryoter, er det tydeligt, at der er omfattende genoverførsel mellem linjer.

Således er mønsteret af sammenhænge mere som et netværk med grene forbundet og smeltet sammen takket være udbredelsen af ​​horisontal genoverførsel.

Referencer

1. Gogarten, JP, & Townsend, JP (2005). Horisontal genoverførsel, genominnovation og evolution. Nature Reviews Microbiology, 3 (9), 679.
2. Keeling, PJ, & Palmer, JD (2008). Horisontal genoverførsel i eukaryotisk evolution. Nature Reviews Genetics, 9 (8), 605.
3. Pierce, BA (2009). Genetik: En konceptuel tilgang. Panamerican Medical Ed.
4. Russell, P., Hertz, P., & McMillan, B. (2013). Biologi: Den dynamiske videnskab. Nelson Uddannelse.
5. Sumbali, G., & Mehrotra, RS (2009). Principper for mikrobiologi. McGraw-Hill.
6. Syvanen, M., & Kado, CI (2001). Horisontal genoverførsel. Academic Press.
7. Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2007). Introduktion til mikrobiologi. Panamerican Medical Ed.