Οριζόντιοι μηχανισμοί μεταφοράς γονιδίων και παραδείγματα



Το οριζόντια μεταφορά γονιδίων ή πλευρική γονιδιακή μεταφορά είναι η ανταλλαγή γενετικού υλικού μεταξύ οργανισμών, κάτι που δεν συμβαίνει από τον πατέρα στον γιο. Αυτό το γεγονός συμβαίνει μεταξύ ατόμων της ίδιας γενιάς και μπορεί να συμβεί σε μονοκύτταρα ή πολυκύτταρα όντα.

Η οριζόντια μεταφορά πραγματοποιείται μέσω τριών κύριων μηχανισμών: σύζευξη, μετασχηματισμός και μεταγωγή. Στον πρώτο τύπο, είναι δυνατή η ανταλλαγή μεγάλων θραυσμάτων DNA, ενώ στα δύο τελευταία η μεταφορά περιορίζεται σε μικρά τμήματα του γενετικού υλικού.

Η αντίθετη έννοια είναι η μεταφορά κάθετη των γονιδίων, όπου η γενετική πληροφορία περνά από έναν οργανισμό στους απογόνους του. Αυτή η διαδικασία είναι ευρέως διαδεδομένη στους ευκαρυώτες, όπως τα φυτά και τα ζώα. Αντίθετα, η οριζόντια μεταφορά είναι κοινή στους μικροοργανισμούς.

Στα ευκαρυωτικά, η οριζόντια μεταφορά δεν είναι τόσο συνηθισμένη. Ωστόσο, υπάρχουν ενδείξεις για την ανταλλαγή αυτού του φαινομένου, συμπεριλαμβανομένης της προέλευσης των ανθρώπων, οι οποίοι έλαβαν ορισμένα γονίδια με τη βοήθεια ιών.

Ευρετήριο

  • 1 Τι είναι η οριζόντια μεταφορά γονιδίων?
  • 2 Μηχανισμοί
    • 2.1 Σύζευξη
    • 2.2 Μετασχηματισμός
    • 2.3 Μεταγωγή
  • 3 Παραδείγματα
  • 4 Η οριζόντια μεταφορά γονιδίων στην εξέλιξη
  • 5 Αναφορές

Τι είναι η οριζόντια μεταφορά γονιδίων?

Κατά την αναπαραγωγή, οι ευκαρυωτικοί οργανισμοί περνούν τα γονίδιά τους από μία γενιά στους απογόνους τους (απόγονοι) με μια διαδικασία γνωστή ως κάθετη μεταφορά γονιδίων. Οι προκαρυώτες πραγματοποιούν επίσης αυτό το βήμα, αλλά μέσω της ασεξουαλικής αναπαραγωγής από το φαινόμενο της σχάσης ή άλλους μηχανισμούς.

Ωστόσο, στα προκαρυωτικά υπάρχει ένας άλλος τρόπος ανταλλαγής γενετικού υλικού που ονομάζεται οριζόντια γονιδιακή μεταφορά. Εδώ, τα θραύσματα DNA ανταλλάσσονται μεταξύ οργανισμών της ίδιας γενιάς και μπορούν να περάσουν από το ένα είδος στο άλλο.

Η οριζόντια μεταφορά είναι σχετικά συχνή μεταξύ των βακτηριδίων. Πάρτε το παράδειγμα των γονιδίων που προκαλούν αντίσταση στα αντιβιοτικά. Αυτά τα σημαντικά θραύσματα DNA μεταφέρονται κανονικά μεταξύ βακτηρίων διαφόρων ειδών.

Οι εν λόγω μηχανισμοί υποθέτουν σημαντικές ιατρικές επιπλοκές κατά τη θεραπεία λοιμώξεων.

Μηχανισμοί

Υπάρχουν τρεις βασικοί μηχανισμοί με τους οποίους το DNA μπορεί να ανταλλαγεί με οριζόντια μεταφορά. Πρόκειται για σύζευξη, μετασχηματισμό και μεταγωγή.

Σύζευξη

Η μεταφορά γονιδίων με σύζευξη είναι ο μόνος τύπος που περιλαμβάνει άμεση επαφή μεταξύ των δύο βακτηρίων.

Ωστόσο, δεν πρέπει να συγκρίνεται με την ανταλλαγή γονιδίων μέσω σεξουαλικής αναπαραγωγής (όπου υπάρχει συνήθως επαφή μεταξύ των εμπλεκομένων οργανισμών), καθώς η διαδικασία είναι πολύ διαφορετική. Μεταξύ των κυριότερων διαφορών είναι η απουσία μείωσης.

Κατά τη διάρκεια της σύζευξης, η διέλευση γενετικού υλικού από ένα βακτήριο σε άλλο πραγματοποιείται μέσω μιας φυσικής επαφής που δημιουργείται από μια δομή που ονομάζεται pili. Αυτό λειτουργεί ως γέφυρα σύνδεσης, όπου συμβαίνει η ανταλλαγή.

Αν και τα βακτήρια δεν διαφοροποιούνται σε φύλο, είναι γνωστό ως "αρσενικό" στον οργανισμό που φέρει ένα μικρό κυκλικό DNA γνωστό ως παράγοντα F (γονιμότητα f). Αυτά τα κύτταρα είναι οι δότες κατά τη διάρκεια της σύζευξης και περνούν το υλικό σε άλλο κύτταρο που στερείται τον παράγοντα.

Το DNA του παράγοντα F αποτελείται από περίπου 40 γονίδια, τα οποία ελέγχουν τον αναδιπλασιασμό του σεξουαλικού παράγοντα και τη σύνθεση του σεξουαλικού pili.

Η πρώτη απόδειξη της διαδικασίας σύζευξης προέρχεται από τα πειράματα του Lederberg και του Tatum, αλλά ο Bernard Davis απέδειξε τελικά ότι η επαφή ήταν απαραίτητη για τη μεταφορά.

Μετασχηματισμός

Ο μετασχηματισμός περιλαμβάνει τη λήψη ενός γυμνού μορίου DNA που βρίσκεται στο περιβάλλον κοντά σε ένα βακτηρίδιο ξενιστή. Αυτό το θραύσμα ϋΝΑ προέρχεται από ένα άλλο βακτήριο.

Η διαδικασία μπορεί να διεξαχθεί φυσικά, αφού οι βακτηριακοί πληθυσμοί υφίστανται κανονικά μετασχηματισμό. Ομοίως, ο μετασχηματισμός μπορεί να προσομοιωθεί στο εργαστήριο για να αναγκάσει τα βακτήρια να πάρουν ένα ενδιαφέρον DNA που βρίσκεται στο εξωτερικό.

Θεωρητικά, μπορεί να ληφθεί οποιοδήποτε θραύσμα ϋΝΑ. Ωστόσο, παρατηρήθηκε ότι η διαδικασία περιλαμβάνει μικρά μόρια.

Μεταγωγή

Τέλος, ο μηχανισμός της μεταγωγής λαμβάνει χώρα μέσω ενός φάγου (ιού) που μεταφέρει το DNA από ένα βακτήριο δότη σε έναν λήπτη. Όπως και στην προηγούμενη περίπτωση, η ποσότητα του μεταφερόμενου DNA είναι σχετικά μικρή, καθώς η ικανότητα του ιού να μεταφέρει το DNA είναι περιορισμένη.

Συνήθως, αυτός ο μηχανισμός περιορίζεται σε φυλογενετικά κλειστά βακτηρίδια, αφού ο ιός που φέρει το ϋΝΑ πρέπει να δεσμεύεται με ειδικούς υποδοχείς των βακτηριδίων για να μπορεί να εγχέει το υλικό.

Παραδείγματα

Οι ενδονουκλεάσες είναι ένζυμα που έχουν την ικανότητα να διασπάσουν τους δεσμούς φωσφοδιεστέρα μέσα σε μια αλυσίδα πολυνουκλεοτιδίων, από μέσα - γι 'αυτό είναι γνωστά ως "endo". Αυτά τα ένζυμα δεν κόβουν πουθενά, έχουν συγκεκριμένες τοποθεσίες για να το κάνουν, που ονομάζονται περιοχές περιορισμού.

Η αλληλουχία αμινοξέων για τα ένζυμα EcoRI (σε Ε. Coli) και RSRI (σε Rhodobacter sphaeroides) διαθέτουν αλληλουχία σχεδόν 300 υπολειμμάτων αμινοξέων, τα οποία είναι 50% ταυτόσημα μεταξύ τους, πράγμα που δείχνει καθαρά μια στενή εξελικτική σχέση.

Ωστόσο, χάρη στη μελέτη άλλων μοριακών και βιοχημικών χαρακτηριστικών, τα δύο αυτά βακτήρια είναι πολύ διαφορετικά και είναι πολύ άσχετα από τη φυλογενετική άποψη.

Επιπλέον, το γονίδιο που κωδικοποιεί το ένζυμο EcoRI χρησιμοποιεί πολύ συγκεκριμένα κωδικόνια τα οποία είναι διαφορετικά από αυτά που χρησιμοποιούνται κανονικά Ε. Coli, έτσι υποπτεύεται ότι το γονίδιο δεν προέρχεται από αυτό το βακτήριο.

Η οριζόντια μεταφορά γονιδίων στην εξέλιξη

Το έτος 1859, ο Βρετανός φυσιοδίφης Κάρολος Ντάργουιν επανάσταση των βιολογικών επιστημών με τη θεωρία της εξέλιξης μέσω της φυσικής επιλογής. Στο εικονικό του βιβλίο, Η προέλευση του είδους, Ο Δαρβίνος προτείνει τη μεταφορά του δέντρου της ζωής για να απεικονίσει τις γενεαλογικές σχέσεις που υπάρχουν μεταξύ των ειδών.

Σήμερα, οι φυλογενίες είναι μια επίσημη αναπαράσταση μιας τέτοιας μεταφοράς, όπου θεωρείται ότι η μετάδοση γενετικής πληροφορίας εμφανίζεται κάθετα - από γονείς σε παιδιά.

Μπορούμε να εφαρμόσουμε αυτό το όραμα χωρίς μεγάλη δυσκολία στους πολυκύτταρους οργανισμούς και θα αποκτήσουμε ένα διακλαδισμένο μοτίβο, όπως προτείνει ο Δαρβίνος.

Ωστόσο, αυτή η αναπαράσταση των κλάδων χωρίς συντήξεις είναι δύσκολο να εφαρμοστεί σε μικροοργανισμούς. Κατά τη σύγκριση των γονιδιωμάτων των διαφόρων προκαρυωτικών, είναι σαφές ότι υπάρχει εκτεταμένη μεταφορά γονιδίων μεταξύ των γραμμών.

Έτσι, το πρότυπο των σχέσεων μοιάζει περισσότερο με ένα δίκτυο, με κλάδους συνδεδεμένους και συγχωνευμένους, χάρη στην επικράτηση της οριζόντιας γονιδιακής μεταφοράς.

Αναφορές

  1. Gogarten, J. Ρ., & Townsend, J. Ρ. (2005). Οριζόντια μεταφορά γονιδίων, καινοτομία γονιδιώματος και εξέλιξη. Φύση Κριτικές Μικροβιολογία, 3(9), 679.
  2. Keeling, Ρ. J. & Palmer, J.D. (2008). Οριζόντια γονιδιακή μεταφορά στην ευκαρυωτική εξέλιξη. Φύση Κριτικές Γενετική, 9(8), 605.
  3. Pierce, Β. Α. (2009). Γενετική: Μια εννοιολογική προσέγγιση. Ed. Panamericana Medical.
  4. Russell, Ρ., Hertz, Ρ. & McMillan, Β. (2013). Βιολογία: Η Δυναμική Επιστήμη. Εκπαίδευση Nelson.
  5. Sumbali, G., & Mehrotra, R.S. (2009). Αρχές μικροβιολογίας. McGraw-Hill.
  6. Syvanen, Μ., & Kado, C.I. (2001). Οριζόντια μεταφορά γονιδίων. Academic Press.
  7. Tortora, G.J., Funke, Β. R., & Case, C.L. (2007). Εισαγωγή στη μικροβιολογία. Ed. Panamericana Medical.