Механізми передачі горизонтальних генів і приклади



The горизонтальний перенесення гена або латеральний перенесення генів є обмін генетичним матеріалом між організмами, що не відбувається від батька до сина. Ця подія відбувається між індивідами одного покоління і може відбуватися в одноклітинних або багатоклітинних істотах.

Горизонтальний перехід відбувається через три основні механізми: кон'югацію, трансформацію і трансдукцію. У першому типі можна обміняти довгі фрагменти ДНК, тоді як у двох останніх перенесення обмежується невеликими сегментами генетичного матеріалу..

Протилежною концепцією є передача вертикальні генів, де генетична інформація переходить від організму до його нащадка. Цей процес широко поширений у еукаріотів, таких як рослини і тварини. На відміну від цього, горизонтальна передача поширена у мікроорганізмів.

У еукаріотів горизонтальна передача не настільки поширена. Однак є свідчення обміну цього явища, включаючи походження людей, які отримали певні гени за допомогою вірусів.

Індекс

  • 1 Що таке горизонтальний перенесення генів?
  • 2 Механізми
    • 2.1 Кон'югація
    • 2.2 Трансформація
    • 2.3 Трансдукція
  • 3 Приклади
  • 4 Горизонтальна передача генів в еволюцію
  • 5 Посилання

Що таке горизонтальний перенесення гена?

Під час розмноження еукаріотичні організми передають свої гени від одного покоління до свого потомства (потомства) у процесі, відомому як вертикальний перенесення генів. Прокаріоти також виконують цей крок, але через безстатеве розмноження явищем поділу або іншими механізмами.

Однак у прокаріотів існує інший спосіб обміну генетичним матеріалом, який називається горизонтальним перенесенням гена. Тут фрагменти ДНК обмінюються між організмами одного покоління і можуть переходити від одного виду до іншого.

Горизонтальний перенос відносно часто зустрічається серед бактерій. Візьмемо приклад генів, які викликають стійкість до антибіотиків. Ці важливі фрагменти ДНК переносяться нормально між бактеріями різних видів.

Зазначені механізми передбачають значні медичні ускладнення при лікуванні інфекцій.

Механізми

Існують три основні механізми, за допомогою яких ДНК можна обмінювати горизонтальною передачею. Це кон'югація, трансформація і трансдукція.

Кон'югація

Перенесення гена шляхом кон'югації є єдиним типом, який передбачає прямий контакт між двома бактеріями.

Однак це не слід порівнювати з обміном генів через статеве розмноження (там, де зазвичай входить контакт між організмами), оскільки процес дуже різний. Серед основних відмінностей - відсутність мейозу.

Під час кон'югації проходження генетичного матеріалу з однієї бактерії до іншої здійснюється за допомогою фізичного контакту, який встановлюється структурою, що називається пілі. Це працює як з'єднувальний міст, де відбувається обмін.

Хоча бактерії не розрізняються за статтю, вона відома як «чоловіча» для організму, яка несе невелику кільцеву ДНК, відому як фактор F (фертильність f). Ці клітини є донорами під час кон'югації, і вони передають матеріал в іншу клітину, яка не має цього фактора.

ДНК F-фактора складається з близько 40 генів, які контролюють реплікацію статевого фактора і синтез статевого пілію..

Перше свідчення процесу сполучення відбувається з експериментів Ледерберга і Татума, але Бернард Девіс, нарешті, довів, що контакт необхідний для передачі..

Трансформація

Трансформація передбачає взяття оголеної молекули ДНК, яка знаходиться в середовищі біля бактерії-господаря. Цей фрагмент ДНК надходить з іншої бактерії.

Процес можна проводити природно, оскільки бактеріальні популяції зазвичай піддаються трансформації. Аналогічно, трансформація може бути змодельована в лабораторії, щоб змусити бактерії взяти цікаву ДНК, яка знаходиться на зовнішній стороні.

Теоретично можна взяти будь-який фрагмент ДНК. Однак спостерігалося, що процес включає малі молекули.

Трансдукція

Нарешті, механізм трансдукції відбувається за допомогою фага (вірусу), який переносить ДНК від донорної бактерії до реципієнта. Як і в попередньому випадку, кількість перенесеної ДНК відносно невелика, оскільки здатність вірусу переносити ДНК обмежена.

Як правило, цей механізм обмежений філогенетично близькими бактеріями, оскільки вірус, що несе ДНК, повинен зв'язуватися зі специфічними рецепторами бактерій, щоб мати можливість вводити матеріал.

Приклади

Ендонуклеази є ферментами, які мають здатність порушувати фосфодіефірні зв'язки всередині полінуклеотидного ланцюга зсередини - саме тому вони відомі як "ендо". Ці ферменти ніде не розрізаються, вони мають специфічні ділянки для цього, називаються сайти рестрикції.

Амінокислотна послідовність для ферментів EcoRI (в E. coli) і RSRI (в Rhodobacter sphaeroides) володіють послідовністю майже 300 амінокислотних залишків, які на 50% ідентичні один одному, що однозначно вказує на близьку еволюційну зв'язок.

Однак, завдяки вивченню інших молекулярних і біохімічних характеристик, ці дві бактерії дуже різні і дуже не пов'язані з філогенетичної точки зору.

Крім того, ген, який кодує фермент EcoRI, використовує дуже специфічні кодони, які відрізняються від звичайно використовуваних E. coli, тому підозрюється, що ген не походить з цієї бактерії.

Горизонтальна передача генів в еволюцію

У 1859 році британський натураліст Чарльз Дарвін перетворив біологічні науки своєю теорією еволюції через природний відбір. У його культовій книзі, Походження виду, Дарвін пропонує метафору дерева життя, щоб проілюструвати генеалогічні відносини між видами.

Сьогодні філогенези є формальним поданням такої метафори, де передбачається, що передача генетичної інформації відбувається вертикально - від батьків до дітей.

Ми можемо застосувати це бачення без великих незручностей для багатоклітинних організмів і отримаємо розгалужену картину, як пропонує Дарвін.

Однак це уявлення гілок без злиття важко застосовувати до мікроорганізмів. Порівнюючи геноми різних прокаріотів, зрозуміло, що існує широкий перенос генів між лініями.

Таким чином, модель взаємозв'язків більше нагадує мережу, при цьому гілки зв'язуються і об'єднуються разом, завдяки поширеності горизонтального переносу генів.

Список літератури

  1. Gogarten, J. P., & Townsend, J. P. (2005). Горизонтальний перенесення генів, інновації та еволюція геному. Відгуки про природу Мікробіологія, 3(9), 679.
  2. Keeling, P.J., & Palmer, J.D. (2008). Горизонтальна передача гена в еукаріотичної еволюції. Відгуки про природу Генетика, 9(8), 605.
  3. Пірс, Б. А. (2009). Генетика: концептуальний підхід. Ed. Panamericana Medical.
  4. Рассел, П., Герц, П., і Макміллан, Б. (2013). Біологія: Динамічна наука. Освіта Нельсона.
  5. Sumbali, G., & Mehrotra, R. S. (2009). Принципи мікробіології. McGraw-Hill.
  6. Syvanen, M., & Kado, C.I. (2001). Горизонтальна передача гена. Academic Press.
  7. Tortora, G.J., Funke, B.R., & Case, C.L. (2007). Введення в мікробіологію. Ed. Panamericana Medical.