Horisontella genöverföringsmekanismer och exempel



den horisontell genöverföring eller lateral genöverföring är utbytet av genetiskt material mellan organismer, vilket inte händer från far till son. Denna händelse äger rum mellan individer av samma generation och kan förekomma i unicellulära eller multicellulära varelser.

Horisontell överföring sker genom tre huvudmekanismer: konjugation, transformation och transduktion. I den första typen är det möjligt att byta långa fragment av DNA, medan de sista två åren är överföringen begränsad till små segment av det genetiska materialet.

Det motsatta begreppet är överföringen vertikal av gener, där genetisk information passerar från en organism till dess avkomma. Denna process är utbredd i eukaryoter, såsom växter och djur. Däremot är horisontell överföring vanlig i mikroorganismer.

I eukaryoter är horisontell överföring inte så vanlig. Det finns emellertid bevis på utbyte av detta fenomen, däribland människans anor, som erhållit vissa gener med hjälp av virus.

index

  • 1 Vad är horisontell genöverföring?
  • 2 Mekanismer
    • 2.1 Konjugering
    • 2.2 Transformation
    • 2.3 Transduktion
  • 3 exempel
  • 4 Den horisontella överföringen av gener i evolutionen
  • 5 referenser

Vad är horisontell genöverföring?

Under reproduktion passerar eukaryota organismer sina gener från en generation till deras avkomma (avkomma) i en process som kallas vertikal genöverföring. Prokaryoter utför också detta steg, men genom aseksuell reproduktion av fissionfenomenet eller andra mekanismer.

I prokaryoter finns emellertid ett annat sätt att utbyta genetiskt material som kallas horisontell genöverföring. Här utbyts DNA-fragmenten mellan organismer av samma generation och kan passera från en art till en annan.

Horisontell överföring är relativt vanlig bland bakterier. Ta exempel på gener som orsakar resistens mot antibiotika. Dessa viktiga DNA-fragment överförs normalt mellan bakterier av olika arter.

Nämnda mekanismer antar betydande medicinska komplikationer vid behandling av infektioner.

mekanismer

Det finns tre grundläggande mekanismer genom vilka DNA kan utbytas genom horisontell överföring. Dessa är konjugation, transformation och transduktion.

konjugering

Genöverföring genom konjugation är den enda typen som innebär direkt kontakt mellan de två bakterierna.

Det bör emellertid inte jämföras med genutbyte genom sexuell reproduktion (där det vanligtvis är en kontakt mellan de berörda organismerna), eftersom processen är väldigt annorlunda. Bland de största skillnaderna är frånvaron av meios.

Under konjugering utförs genomgången av genetiskt material från en bakterie till en annan med hjälp av en fysisk kontakt upprättad av en struktur som kallas pili. Detta fungerar som en förbindelsebro där utbytet sker.

Även om bakterier inte skiljer sig åt kön är det känt som "man" för organismen som bär ett litet cirkulärt DNA känt som faktor F (fertilitet f). Dessa celler är givarna under konjugation, och de överför materialet till en annan cell som saknar faktorn.

F-faktor DNA består av cirka 40 gener, som styr replikationen av den sexuella faktorn och syntesen av den sexuella pili.

Det första beviset på konjugeringsprocessen kommer från experimenten av Lederberg och Tatum, men det var Bernard Davis som äntligen visade att kontakten var nödvändig för överföringen.

transformation

Transformationen innebär att man tar en naken DNA-molekyl som ligger i miljön nära en värdbakterie. Detta DNA-fragment kommer från en annan bakterie.

Processen kan utföras naturligt, eftersom bakteriepopulationer normalt genomgår omvandling. På samma sätt kan transformationen simuleras i laboratoriet för att tvinga bakterierna att ta ett DNA av intresse som finns på utsidan.

Teoretiskt kan något DNA-fragment tas. Det har dock observerats att processen innefattar små molekyler.

transduktion

Slutligen uppträder mekanismen för transduktion med hjälp av en fag (virus) som bär DNA från en donorbakterie till en mottagare. Som i föregående fall är mängden DNA som överförts relativt liten, eftersom virusets kapacitet att bära DNA är begränsat.

Vanligtvis är denna mekanism begränsad till fylogenetiskt nära bakterier, eftersom viruset som bär DNA-en måste binda till specifika receptorer hos bakterierna för att kunna injicera materialet.

exempel

Endonukleaser är enzymer som har förmåga att bryta fosfodiesterbindningar i en polynukleotidkedja, inifrån - det är därför de är kända som "endo". Dessa enzymer skär inte någonstans, de har specifika platser att göra det, så kallade restriktionsställen.

Aminosyrasekvensen för EcoRI-enzymerna (in E. coli) och RSRI (in Rhodobacter sphaeroides) har en sekvens av nästan 300 aminosyrarester, vilka är 50% identiska med varandra, vilket tydligt indikerar ett nära evolutionärt förhållande.

Men tack vare studien av andra molekylära och biokemiska egenskaper är dessa två bakterier väldigt olika och är väldigt orelaterade ur filogenetisk synvinkel.

Dessutom använder genen som kodar för enzymet EcoRI mycket specifika kodoner som skiljer sig från de som normalt används E. coli, så det är misstänkt att genen inte härrörde från denna bakterie.

Den horisontella överföringen av gener i evolutionen

År 1859 revolutionerade den brittiska naturalisten Charles Darwin de biologiska vetenskaperna med sin teori om evolution genom naturligt urval. I hans ikoniska bok, Ursprung av arten, Darwin föreslår metaforen av livets träd för att illustrera de släktforskningsrelationer som finns mellan arterna.

Idag är fylogenier en formell representation av en sådan metafor, där det antas att överföringen av genetisk information sker vertikalt - från föräldrar till barn.

Vi kan tillämpa denna vision utan stora besvär för multicellulära organismer och vi kommer att få ett förgrenat mönster, som Darwin föreslår.

Emellertid är denna representation av grenar utan fusioner svår att tillämpa på mikroorganismer. Vid jämförelse av genomerna av olika prokaryoter är det uppenbart att det finns omfattande genöverföring mellan linjer.

Sålunda liknar mönstret av relationer mer ett nätverk, med grenar kopplade och sammanfogade, tack vare förekomsten av horisontell genöverföring.

referenser

  1. Gogarten, J.P., & Townsend, J.P. (2005). Horisontell genöverföring, genom innovation och evolution. Naturrecensioner Mikrobiologi, 3(9), 679.
  2. Keeling, P.J., & Palmer, J.D. (2008). Horisontell genöverföring i eukaryotisk utveckling. Naturrecensioner Genetik, 9(8), 605.
  3. Pierce, B. A. (2009). Genetik: Ett begreppsmässigt förhållningssätt. Ed. Panamericana Medical.
  4. Russell, P., Hertz, P., & McMillan, B. (2013). Biologi: Den dynamiska vetenskapen. Nelson Utbildning.
  5. Sumbali, G., & Mehrotra, R. S. (2009). Principer för mikrobiologi. McGraw-Hill.
  6. Syvanen, M., & Kado, C. I. (2001). Horisontell genöverföring. Academic Press.
  7. Tortora, G.J., Funke, B.R., och Case, C.L. (2007). Introduktion till mikrobiologi. Ed. Panamericana Medical.