Zdieľam:
Horizontálne mechanizmy prenosu génov a príklady
horizontálny génový prenos alebo laterálny génový prenos je výmena genetického materiálu medzi organizmami, ktorá sa nestane od otca k synovi. Táto udalosť sa odohráva medzi jedincami rovnakej generácie a môže sa vyskytovať v jednobunkových alebo viacbunkových bytostiach.
Horizontálny prenos prebieha prostredníctvom troch hlavných mechanizmov: konjugácie, transformácie a transdukcie. V prvom type je možné vymieňať dlhé fragmenty DNA, zatiaľ čo v posledných dvoch prípadoch je prenos obmedzený na malé segmenty genetického materiálu..
Opačným konceptom je prevod vertikálne génov, kde genetická informácia prechádza z organizmu na svoje potomstvo. Tento proces je rozšírený v eukaryotoch, ako sú rastliny a zvieratá. Na rozdiel od toho, horizontálny prenos je bežný u mikroorganizmov.
V eukaryotoch nie je horizontálny prenos tak bežný. Existujú však dôkazy o výmene tohto fenoménu, vrátane predkov ľudí, ktorí získali určité gény pomocou vírusov.
index
- 1 Čo je horizontálny prenos génov?
- 2 Mechanizmy
- 2.1 Konjugácia
- 2.2 Transformácia
- 2.3 Transdukcia
- 3 Príklady
- 4 Horizontálny prenos génov v evolúcii
- 5 Referencie
Čo je horizontálny prenos génov?
Počas reprodukcie eukaryotické organizmy odovzdávajú svoje gény z jednej generácie na ich potomstvo (potomstvo) v procese známom ako vertikálny prenos génov. Tento krok vykonávajú aj prokaryoti, ale prostredníctvom asexuálnej reprodukcie fenoménom štiepenia alebo inými mechanizmami.
Avšak v prokaryotoch existuje iný spôsob výmeny genetického materiálu nazývaného horizontálny génový prenos. Tu sa fragmenty DNA vymieňajú medzi organizmami rovnakej generácie a môžu prechádzať z jedného druhu do druhého.
Horizontálny prenos je medzi baktériami pomerne bežný. Zoberme si príklad génov, ktoré spôsobujú rezistenciu na antibiotiká. Tieto dôležité DNA fragmenty sa normálne prenášajú medzi baktériami rôznych druhov.
Uvedené mechanizmy predpokladajú pri liečbe infekcií významné lekárske komplikácie.
mechanizmy
Existujú tri základné mechanizmy, pomocou ktorých môže byť DNA zamenená horizontálnym prenosom. Ide o konjugáciu, transformáciu a transdukciu.
časovanie
Prenos génov konjugáciou je jediný typ, ktorý zahŕňa priamy kontakt medzi týmito dvoma baktériami.
Nemala by sa však porovnávať s výmenou génov prostredníctvom sexuálnej reprodukcie (kde je zvyčajne kontakt medzi zúčastnenými organizmami), pretože tento proces je veľmi odlišný. Medzi hlavné rozdiely patrí absencia meiózy.
Počas konjugácie sa prechod genetického materiálu z jednej baktérie do druhej uskutočňuje prostredníctvom fyzického kontaktu vytvoreného štruktúrou nazývanou pili. Toto funguje ako spojovací mostík, kde dochádza k výmene.
Hoci baktérie sa nerozlišujú na pohlavia, je známe ako "muž" pre organizmus, ktorý nesie malú kruhovú DNA známú ako faktor F (plodnosť f). Tieto bunky sú donormi počas konjugácie a materiál prechádzajú do inej bunky, ktorej chýba faktor.
DNA F-faktora sa skladá z asi 40 génov, ktoré riadia replikáciu sexuálneho faktora a syntézu sexuálnej pili.
Prvý dôkaz procesu konjugácie pochádza z experimentov Lederberga a Tatuma, ale nakoniec Bernard Davis dokázal, že kontakt bol nevyhnutný na prenos..
premena
Transformácia zahŕňa odobratie molekuly nahej DNA, ktorá je v prostredí blízko hostiteľskej baktérie. Tento DNA fragment pochádza z inej baktérie.
Spôsob sa môže uskutočniť prirodzene, pretože bakteriálne populácie sa normálne podrobujú transformácii. Podobne, transformácia môže byť simulovaná v laboratóriu, aby prinútila baktérie zaujať DNA záujmu, ktorá sa nachádza na vonkajšej strane.
Teoreticky môže byť použitý akýkoľvek fragment DNA. Bolo však pozorované, že tento spôsob zahŕňa malé molekuly.
transdukcia
Nakoniec, mechanizmus transdukcie nastáva pomocou fágu (vírusu), ktorý prenáša DNA z darcovskej baktérie k príjemcovi. Rovnako ako v predchádzajúcom prípade je množstvo prenesenej DNA relatívne malé, pretože schopnosť vírusu niesť DNA je obmedzená.
Obvykle je tento mechanizmus obmedzený na fylogeneticky blízke baktérie, pretože vírus nesúci DNA sa musí viazať na špecifické receptory baktérií, aby bol schopný vstrekovať materiál..
Príklady
Endonukleázy sú enzýmy, ktoré majú schopnosť narušiť fosfodiesterové väzby v polynukleotidovom reťazci zvnútra - preto sú známe ako "endo". Tieto enzýmy nerezú nikde, majú na to špecifické miesta, nazývané reštrikčné miesta.
Aminokyselinová sekvencia pre enzýmy EcoRI (v E. coli) a RSRI (v Rhodobacter sphaeroides) majú sekvenciu s takmer 300 aminokyselinovými zvyškami, ktoré sú navzájom z 50% identické, čo jasne ukazuje blízky evolučný vzťah.
Avšak vďaka štúdiu iných molekulárnych a biochemických charakteristík sú tieto dve baktérie veľmi odlišné a z fylogenetického hľadiska veľmi nesúvisia..
Okrem toho gén, ktorý kóduje enzým EcoRI, používa veľmi špecifické kodóny, ktoré sú odlišné od tých, ktoré sa bežne používajú E. coli, takže sa predpokladá, že gén nepochádza z tejto baktérie.
Horizontálny prenos génov v evolúcii
V roku 1859 britský prírodovedec Charles Darwin zmenil biologické vedy svojou evolučnou teóriou prostredníctvom prirodzeného výberu. Vo svojej ikonickej knihe, Pôvod druhu, Darwin navrhuje metaforu stromu života na ilustráciu genealogických vzťahov existujúcich medzi druhmi.
Dnes sú fylogenézy formálnym znázornením takejto metafory, kde sa predpokladá, že prenos genetickej informácie prebieha vertikálne - od rodičov k deťom.
Túto víziu môžeme aplikovať bez väčších ťažkostí pre mnohobunkové organizmy a získame rozvetvený vzor, ako Darwin navrhuje.
Toto znázornenie vetiev bez fúzií je však ťažké aplikovať na mikroorganizmy. Pri porovnávaní genómov rôznych prokaryotov je jasné, že medzi líniami existuje rozsiahly prenos génov.
Vzorec vzťahov sa teda viac podobá sieti, s vetvami, ktoré sú prepojené a zlúčené, vďaka prevalencii horizontálneho prenosu génov.
referencie
- Gogarten, J. P., & Townsend, J. P. (2005). Horizontálny prenos génov, inovácia a evolúcia genómu. Príroda Recenzie Mikrobiológia, 3(9), 679.
- Keeling, P. J., & Palmer, J. D. (2008). Horizontálny génový prenos v eukaryotickom vývoji. Nature Reviews Genetics, 9(8), 605.
- Pierce, B. A. (2009). Genetika: koncepčný prístup. Panamericana Medical.
- Russell, P., Hertz, P., & McMillan, B. (2013). Biológia: Dynamická veda. Nelson Education.
- Sumbali, G., & Mehrotra, R. S. (2009). Princípy mikrobiológie. McGraw-Hill.
- Syvanen, M., & Kado, C. I. (2001). Horizontálny génový prenos. Akademická tlač.
- Tortora, G. J., Funke, B.R., a C. L. (2007). Úvod do mikrobiológie. Panamericana Medical.