ХОРИЗОНТАЛНИ ПРЕНОС ГЕНА: МЕХАНИЗМИ И ПРИМЕРИ - БИОЛОГИЈА - 2025

Пренос хоризонтални гена или бочно трансфер гена је размена генетичког материјала између организама, који се не појављује у породицама. Овај догађај се одвија између појединаца исте генерације и може се догодити код једноћелијских или вишећелијских бића.

Хоризонтални пренос се одвија кроз три главна механизма: коњугација, трансформација и трансдукција. У првом типу могућа је размена дугих фрагмената ДНК, док је у последња два трансфер ограничен на мале сегменте генетског материјала.

Бактерија. ТХГ је чест у овим организмима. Извор пикабаи.цом

Супротан концепт је вертикални пренос гена, где генетска информација прелази из организма у његово потомство. Овај процес је распрострањен код еукариота, попут биљака и животиња. Супротно томе, хоризонтални пренос је уобичајен код микроорганизама.

Код еукариота хоризонтални пренос није тако чест. Међутим, постоје докази размене овог феномена, укључујући претка људи, који су стекли одређене гене вирусима.

Шта је хоризонтални пренос гена?

Током репродукције еукариотски организми преносе своје гене из једне генерације у потомство (децу) у процесу познатом као вертикални пренос гена. Прокариоти такође обављају овај корак, али путем асексуалне репродукције путем фисије или других механизама.

Међутим, код прокариота постоји други начин размене генетског материјала који се назива хоризонтални пренос гена. Овде се ДНК фрагменти размењују између организама исте генерације и могу прелазити из једне врсте у другу.

Хоризонтални пренос је релативно чест међу бактеријама. Узмимо пример гена који узрокују резистенцију на антибиотике. Ови важни фрагменти ДНК нормално се преносе између бактерија различитих врста.

Ови механизми укључују значајне медицинске компликације током лечења инфекција.

Механизми

Постоје три основна механизма помоћу којих се ДНК може изменити хоризонталним преносом. То су коњугација, трансформација и трансдукција.

Коњугација

Трансфер гена коњугацијом је једина врста која укључује директан контакт двеју бактерија.

Међутим, то се не може упоређивати са разменом гена сексуалном репродукцијом (тамо где обично постоји контакт између укључених организама), јер је поступак врло различит. Међу главним разликама је одсуство мејозе.

За време коњугације, пролазак генетског материјала из једне бактерије у другу одвија се физичким контактом успостављеним структуром која се зове пили. Ово функционише као повезујући мост, где долази до размене.

Иако се бактерије не разликују по сполу, организам који носи мали кружни ДНК познат као фактор Ф (плодност ф) познат је и као "мушки". Ове ћелије су донори током коњугације, преносећи материјал у другу ћелију којој недостаје фактор.

ДНК фактора Ф састоји се од око 40 гена који контролирају репликацију сексуалног фактора и синтезу сексуалних пилија.

Први докази процеса коњугације потичу из експеримената Ледерберг и Татум, али Бернард Давис је коначно показао да је контакт потребан за трансфер.

Трансформација

Трансформација укључује узимање голог молекула ДНК који се налази у околини близу бактерија домаћина. Овај део ДНК потиче из друге бактерије.

Процес се може извести природним путем, јер се популације бактерија обично подвргавају трансформацији. Слично томе, трансформација се може симулирати у лабораторији да присили бактерије да преузму ДНК од интереса који се налази напољу.

Теоретски, може се узети било који део ДНК. Међутим, примећено је да тај процес укључује мале молекуле.

Трансдукција

Коначно, механизам трансдукције јавља се помоћу фага (вируса) који носи ДНК из бактерије донора до примаоца. Као и у претходном случају, количина пренешене ДНК је релативно мала, јер је способност вируса да носи ДНК ограничена.

Обично је овај механизам ограничен на бактерије које су филогенетски блиске, јер се вирус који носи ДНК мора везати за специфичне рецепторе за бактерије да би убризгао материјал.

Примери

Ендонуклеазе су ензими који имају способност разбијања фосфодиестерских веза унутар полинуклеотидног ланца, изнутра - зато су познати као "ендо". Ови ензими се не смањују нигде, за то имају одређена места, која се називају рестрикциона места.

Секвенце аминокиселина за ензиме ЕцоРИ (у Е. цоли) и РСРИ (у Рходобацтер спхаероидес) имају низ од готово 300 аминокиселинских остатака, који су 50% идентични једни другима, што јасно указује на блиско еволуцијско сродство.

Међутим, захваљујући проучавању других молекуларних и биохемијских карактеристика, ове две бактерије су веома различите и са филогенетског становишта су врло мало повезане.

Даље, ген који кодира ензим ЕцоРИ користи веома специфичне кодоне који су различити од оних које обично користи Е. цоли, па се сумња да ген није настао у овој бактерији.

Хоризонтални пренос гена у еволуцији

1859. године британски природословац Цхарлес Дарвин револуционирао је биолошке науке својом теоријом еволуције природним одабиром. У својој иконичној књизи Подријетло врста, Дарвин предлаже метафору стабла живота да би илустрирао генеалошке односе између врста.

Данас су филогеније формални приказ ове метафоре, где се претпоставља да се пренос генетских информација одвија вертикално - од родитеља до деце.

Ми можемо применити ову визију без већих непријатности на вишећелијске организме и добићемо разгранати образац, као што то предлаже Дарвин.

Међутим, тешко је применити ову врсту грана без фузије на микроорганизме. Када упоређујете геноме различитих прокариота, јасно је да постоји опсежан трансфер гена између родова.

Стога је образац односа више као мрежа, са гранама повезаним и спојеним заједно, захваљујући превладавању хоризонталног преноса гена.

Референце

1. Гогартен, ЈП и Товнсенд, ЈП (2005). Хоризонтални пренос гена, иновација и еволуција генома. Натуре Ревиевс Мицробиологи, 3 (9), 679.
2. Кеелинг, ПЈ, и Палмер, ЈД (2008). Хоризонтални пренос гена у еукариотској еволуцији. Натуре Ревиевс Генетицс, 9 (8), 605.
3. Пиерце, БА (2009). Генетика: концептуални приступ. Панамерицан Медицал Ед.
4. Русселл, П., Хертз, П., МцМиллан, Б. (2013). Биологија: Динамичка наука. Нелсон Едуцатион.
5. Сумбали, Г., и Мехротра, РС (2009). Принципи микробиологије. МцГрав-Хилл.
6. Сиванен, М., и Кадо, ЦИ (2001). Хоризонтални пренос гена. Академска штампа.
7. Тортора, ГЈ, Функе, БР, & Цасе, ЦЛ (2007). Увод у микробиологију. Панамерицан Медицал Ед.