HORISONTELL GENÖVERFÖRING: MEKANISMER OCH EXEMPEL - BIOLOGI - 2025

Den horisontella genöverföring eller överföring lateral genen är utbyte av genetiskt material mellan organismer, som inte förekommer i familjer. Denna händelse äger rum mellan individer av samma generation och kan inträffa i encelliga eller flercelliga varelser.

Horisontell överföring sker genom tre huvudmekanismer: konjugering, transformation och transduktion. I den första typen är utbyte av långa DNA-fragment möjligt, medan de två sista överföringen är begränsade till små segment av det genetiska materialet.

En bakterie. THG är vanligt i dessa organismer. Källa pixabay.com

Det motsatta konceptet är vertikal genöverföring, där genetisk information överförs från en organisme till dess avkommor. Denna process är utbredd i eukaryoter, som växter och djur. Däremot är horisontell överföring vanligt i mikroorganismer.

I eukaryoter är horisontell överföring inte lika vanlig. Det finns emellertid bevis för utbyte av detta fenomen, inklusive förfader till människor, som erhöll vissa gener genom virus.

Vad är horisontell genöverföring?

Under reproduktionen passerar eukaryota organismer sina gener från en generation till deras avkommor (barn) i en process som kallas vertikal genöverföring. Prokaryoter utför också detta steg, men genom asexuell reproduktion genom klyvning eller andra mekanismer.

Men i prokaryoter finns det 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 exemplet med gener som orsakar resistens mot antibiotika. Dessa viktiga DNA-fragment överförs normalt mellan bakterier av olika arter.

Dessa mekanismer involverar betydande medicinska komplikationer vid behandling av infektioner.

mekanismer

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

Konjugation

Genöverföring med konjugering 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 finns en kontakt mellan de involverade organismerna), eftersom processen är mycket annorlunda. Bland de största skillnaderna är frånvaron av meios.

Under konjugering sker överföringen av genetiskt material från en bakterie till en annan genom fysisk kontakt etablerad av en struktur som kallas pili. Detta fungerar som en anslutande bro, där utbytet sker.

Även om bakterier inte differentierar till kön, är organismen som bär ett litet cirkulärt DNA som kallas faktor F (fertilitet f) känd som "manlig". Dessa celler är givarna under konjugering och överför materialet till en annan cell som saknar faktorn.

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

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

Omvandling

Omvandlingen innebär att man tar en naken DNA-molekyl som finns i miljön nära en värdbakterie. Denna bit av DNA kommer från en annan bakterie.

Processen kan genomföras naturligt, eftersom bakteriepopulationer normalt genomgår transformation. På liknande sätt kan transformationen simuleras i laboratoriet för att tvinga bakterier att ta upp DNA av intresse som finns utanför.

Teoretiskt kan vilken DNA som helst tas. Emellertid har processen observerats involvera små molekyler.

transduktion

Slutligen sker transduktionsmekanismen med hjälp av en fag (virus) som transporterar DNA från en givarbakterie till en mottagare. Liksom i föregående fall är mängden överfört DNA relativt liten eftersom virusets förmåga att bära DNA är begränsad.

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

exempel

Endonukleaser är enzymer som har förmågan att bryta fosfodiesterbindningar inom en polynukleotidkedja, från insidan - det är därför de kallas "endo". Dessa enzymer skär inte någonstans, de har specifika platser för att göra det, kallade restriktionsställen.

Aminosyrasekvenserna för enzymerna EcoRI (i E. coli) och RSRI (i Rhodobacter sphaeroides) har en sekvens på nästan 300 aminosyrarester, som är 50% identiska med varandra, vilket tydligt indikerar ett nära evolutionärt släktskap.

Tack vare studien av andra molekylära och biokemiska egenskaper är emellertid dessa två bakterier väldigt olika och är väldigt relaterade ur filogenetisk synvinkel.

Vidare använder genen som kodar för EcoRI-enzymet mycket specifika kodoner som skiljer sig från de som normalt används av E. coli, så det misstänks att genen inte har sitt ursprung i denna bakterie.

Horisontell genöverföring i evolutionen

1859 revolutionerade den brittiska naturalisten Charles Darwin de biologiska vetenskaperna med sin evolutionsteori genom naturligt urval. I sin ikoniska bok, The Origin of Species, föreslår Darwin metaforen för livets träd för att illustrera de genealogiska förhållandena mellan arter.

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

Vi kan tillämpa denna vision utan större besvär för flercelliga organismer och vi kommer att få ett grenat mönster, som Darwin föreslår.

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

Således är mönster av förhållanden mer som ett nätverk, med grenar anslutna och smälta samman, tack vare prevalensen av horisontell genöverföring.

referenser

1. Gogarten, JP, & Townsend, JP (2005). Horisontell genöverföring, genom innovation och evolution. Nature Reviews Microbiology, 3 (9), 679.
2. Keeling, PJ, & Palmer, JD (2008). Horisontell genöverföring i eukaryotisk evolution. Nature Reviews Genetics, 9 (8), 605.
3. Pierce, BA (2009). Genetik: ett konceptuellt tillvägagångssätt. Panamerican Medical Ed.
4. Russell, P., Hertz, P., & McMillan, B. (2013). Biologi: The Dynamic Science. Nelson Education.
5. Sumbali, G., & Mehrotra, RS (2009). Principer för mikrobiologi. McGraw-Hill.
6. Syvanen, M., & Kado, CI (2001). Horisontell genöverföring. Academic Press.
7. Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2007). Introduktion till mikrobiologi. Panamerican Medical Ed.