Горизонтальные механизмы переноса генов и примеры



горизонтальный перенос генов или боковой перенос гена - это обмен генетическим материалом между организмами, который не происходит от отца к сыну. Это событие происходит между людьми одного поколения и может происходить в одноклеточных или многоклеточных существах..

Горизонтальный перенос происходит через три основных механизма: сопряжение, преобразование и преобразование. В первом типе можно обмениваться длинными фрагментами ДНК, в то время как в последних двух перенос ограничен небольшими сегментами генетического материала..

Противоположной концепцией является передача вертикальный генов, где генетическая информация передается от организма к его потомству. Этот процесс широко распространен у эукариот, таких как растения и животные. Напротив, горизонтальный перенос распространен у микроорганизмов.

У эукариот горизонтальный перенос встречается не так часто. Тем не менее, есть данные об обмене этим явлением, включая происхождение людей, которые получили определенные гены с помощью вирусов.

индекс

  • 1 Что такое горизонтальный перенос генов?
  • 2 механизма
    • 2.1 Спряжение
    • 2.2 Преобразование
    • 2.3 Преобразование
  • 3 примера
  • 4 Горизонтальный перенос генов в эволюции
  • 5 ссылок

Что такое горизонтальный перенос генов?

Во время размножения эукариотические организмы передают свои гены от одного поколения своим потомкам (потомкам) в процессе, известном как вертикальный перенос генов. Прокариоты также выполняют этот шаг, но посредством бесполого размножения с помощью явления деления или других механизмов.

Тем не менее, у прокариот существует другой способ обмена генетическим материалом, называемый горизонтальным переносом генов. Здесь фрагменты ДНК обмениваются между организмами одного поколения и могут передаваться от одного вида к другому..

Горизонтальный перенос относительно распространен среди бактерий. Возьмите пример генов, которые вызывают устойчивость к антибиотикам. Эти важные фрагменты ДНК обычно передаются между бактериями разных видов.

Указанные механизмы предполагают значительные медицинские осложнения при лечении инфекций..

механизмы

Существует три основных механизма обмена ДНК путем горизонтального переноса. Это сопряжение, преобразование и преобразование.

конъюгация

Перенос генов путем конъюгации является единственным типом, который включает прямой контакт между двумя бактериями.

Однако его не следует сравнивать с обменом генов посредством полового размножения (где обычно происходит контакт между вовлеченными организмами), поскольку этот процесс сильно отличается. Среди основных отличий - отсутствие мейоза.

Во время конъюгации передача генетического материала от одной бактерии к другой осуществляется посредством физического контакта, созданного структурой, называемой пили. Это работает как мост соединения, где происходит обмен.

Хотя бактерии не дифференцируются в пол, он известен как «мужской» для организма, который несет небольшую кольцевую ДНК, известную как фактор F (фертильность f). Эти клетки являются донорами во время конъюгации, и они передают материал в другую клетку, в которой отсутствует фактор.

ДНК F-фактора состоит из около 40 генов, которые контролируют репликацию полового фактора и синтез полового пили.

Первое свидетельство процесса сопряжения происходит из экспериментов Ледерберга и Татума, но именно Бернард Дэвис окончательно доказал, что контакт был необходим для передачи.

преобразование

Трансформация включает захват голой молекулы ДНК, которая находится в окружающей среде рядом с бактерией-хозяином. Этот фрагмент ДНК происходит из другой бактерии.

Процесс может осуществляться естественным путем, поскольку популяции бактерий обычно подвергаются трансформации. Точно так же трансформация может быть смоделирована в лаборатории, чтобы заставить бактерии взять интересующую ДНК, которая обнаружена снаружи..

Теоретически, любой фрагмент ДНК может быть взят. Тем не менее, было отмечено, что процесс включает в себя небольшие молекулы.

трансдукция

Наконец, механизм трансдукции происходит посредством фага (вируса), который переносит ДНК от донорской бактерии к реципиенту. Как и в предыдущем случае, количество переносимой ДНК относительно невелико, поскольку способность вируса переносить ДНК ограничена..

Обычно этот механизм ограничен филогенетически близкими бактериями, поскольку вирус, несущий ДНК, должен связываться со специфическими рецепторами бактерий, чтобы иметь возможность вводить материал.

примеров

Эндонуклеазы - это ферменты, которые способны разрывать фосфодиэфирные связи внутри полинуклеотидной цепи изнутри - именно поэтому они известны как «эндо». Эти ферменты нигде не срезаются, у них есть специальные сайты для этого, называемые сайтами рестрикции.

Аминокислотная последовательность для ферментов EcoRI (в Кишечная палочка) и RSRI (в Rhodobacter sphaeroides) обладают последовательностью почти из 300 аминокислотных остатков, которые на 50% идентичны друг другу, что четко указывает на тесную эволюционную связь.

Однако, благодаря изучению других молекулярных и биохимических характеристик, эти две бактерии очень разные и очень не связаны с филогенетической точки зрения..

Кроме того, ген, который кодирует фермент EcoRI, использует очень специфичные кодоны, которые отличаются от обычно используемых Кишечная палочка, так что подозревается, что ген не возник в этой бактерии.

Горизонтальный перенос генов в эволюции

В 1859 году британский натуралист Чарльз Дарвин произвел революцию в биологических науках, применив теорию эволюции посредством естественного отбора. В своей культовой книге, Происхождение вида, Дарвин предлагает метафору древа жизни, чтобы проиллюстрировать генеалогические отношения, существующие между видами.

Сегодня филогении являются формальным представлением такой метафоры, где предполагается, что передача генетической информации происходит вертикально - от родителей к детям..

Мы можем применить это видение без особых неудобств для многоклеточных организмов, и мы получим разветвленный образец, как предлагает Дарвин.

Однако это представление ветвей без слияний трудно применить к микроорганизмам. При сравнении геномов разных прокариот становится ясно, что между линиями происходит обширный перенос генов..

Таким образом, паттерн отношений больше напоминает сеть, в которой ветви связаны и объединены благодаря распространенности горизонтального переноса генов..

ссылки

  1. Gogarten, J.P. & Townsend, J.P. (2005). Горизонтальный перенос генов, инновации и эволюция генома. Природа Обзоры Микробиология, 3(9), 679.
  2. Keeling, P.J. & Palmer, J.D. (2008). Горизонтальный перенос генов в эволюции эукариот. Природа Отзывы Генетика, 9(8), 605.
  3. Пирс, Б. А. (2009). Генетика: концептуальный подход. Ed. Panamericana Medical.
  4. Рассел П., Герц П. и Макмиллан Б. (2013). Биология: Динамическая Наука. Нельсон Образование.
  5. Сумбали, Дж. & Мехротра, Р.С. (2009). Основы микробиологии. McGraw-Hill.
  6. Сиванен, М. & Кадо, С. I. (2001). Горизонтальный перенос генов. Академическая пресса.
  7. Tortora, G.J., Funke, B.R. & Case, C.L. (2007). Введение в микробиологию. Ed. Panamericana Medical.