Podíl:
Horizontální mechanismy přenosu genů a příklady
horizontální přenos genů nebo laterální přenos genů je výměna genetického materiálu mezi organismy, která se nestane od otce k synovi. Tato událost se odehrává mezi jedinci stejné generace a může se vyskytovat v jednobuněčných nebo mnohobuněčných bytostech.
Horizontální přenos probíhá prostřednictvím tří hlavních mechanismů: konjugace, transformace a transdukce. V prvním typu je možné vyměnit dlouhé fragmenty DNA, zatímco v posledních dvou případech je přenos omezen na malé segmenty genetického materiálu..
Opačným konceptem je převod vertikální genů, kde genetická informace přechází z organismu na své potomstvo. Tento proces je rozšířený u eukaryot, jako jsou rostliny a zvířata. Naproti tomu u mikroorganismů je běžný horizontální přenos.
U eukaryot není horizontální přenos tak běžný. Existují však důkazy o výměně tohoto jevu, včetně původu lidí, kteří získali určité geny pomocí virů.
Index
- 1 Co je to horizontální přenos genů?
- 2 Mechanismy
- 2.1 Konjugace
- 2.2 Transformace
- 2.3 Transdukce
- 3 Příklady
- 4 Horizontální přenos genů v evoluci
- 5 Odkazy
Co je to horizontální přenos genů?
Během reprodukce, eukaryotic organismy předávají jejich geny od jedné generace k jejich potomstvu (potomstvo) v procesu známém jako vertikální genový přenos. Prokaryotes také vykonávají tento krok, ale přes asexual reprodukci fenoménem štěpení nebo jinými mechanismy.
Nicméně u prokaryot je jiný způsob výměny genetického materiálu zvaného horizontální genový přenos. Zde se fragmenty DNA vyměňují mezi organismy stejné generace a mohou přecházet z jednoho druhu do druhého.
Horizontální přenos je mezi bakteriemi poměrně běžný. Vezměme si příklad genů, které způsobují rezistenci na antibiotika. Tyto důležité fragmenty DNA se normálně přenášejí mezi bakteriemi různých druhů.
Uvedené mechanismy předpokládají významné léčebné komplikace při léčbě infekcí.
Mechanismy
Existují tři základní mechanismy, kterými může být DNA zaměněna horizontálním přenosem. Jedná se o konjugaci, transformaci a transdukci.
Konjugace
Přenos genů konjugací je jediný typ, který zahrnuje přímý kontakt mezi oběma bakteriemi.
Nemělo by se však srovnávat s výměnou genů prostřednictvím pohlavního rozmnožování (kde obvykle existuje kontakt mezi zúčastněnými organismy), protože tento proces je velmi odlišný. Mezi hlavní rozdíly patří absence meiózy.
Během konjugace se průchod genetického materiálu z jedné bakterie do druhé provádí pomocí fyzického kontaktu vytvořeného strukturou zvanou pili. To funguje jako spojovací můstek, kde dochází k výměně.
Ačkoli bakterie nerozlišují do pohlaví, to je znáno jak “muž” k organismu, který nese malou kruhovou DNA známou jako faktor F (plodnost f). Tyto buňky jsou dárci během konjugace a materiál přecházejí do jiné buňky, která postrádá faktor.
F-faktor DNA se skládá z asi 40 genů, které řídí replikaci sexuálního faktoru a syntézu sexuálního pili.
První důkaz procesu konjugace pochází z experimentů Lederberga a Tatuma, ale nakonec Bernard Davis dokázal, že kontakt byl nezbytný pro přenos..
Transformace
Transformace zahrnuje odebrání molekuly nahé DNA, která je v prostředí blízko hostitelské bakterie. Tento fragment DNA pochází z jiné bakterie.
Proces může být prováděn přirozeně, protože bakteriální populace obvykle podléhají transformaci. Podobně, transformace může být simulována v laboratoři nutit baktérie vzít DNA zájmu, který je nalezený na vnější straně.
Teoreticky může být použit jakýkoliv fragment DNA. Bylo však pozorováno, že tento proces zahrnuje malé molekuly.
Transdukce
Nakonec dochází k mechanismu transdukce pomocí fága (viru), který nese DNA z dárcovské bakterie k příjemci. Stejně jako v předchozím případě je množství přenesené DNA relativně malé, protože schopnost viru přenášet DNA je omezená.
Obvykle je tento mechanismus omezen na fylogeneticky blízké bakterie, protože virus nesoucí DNA se musí vázat na specifické receptory bakterií, aby mohl materiál vstřikovat..
Příklady
Endonukleázy jsou enzymy, které mají schopnost štěpit fosfodiesterové vazby uvnitř polynukleotidového řetězce zevnitř - proto jsou označovány jako "endo". Tyto enzymy nikde neřežou, mají k tomu specifická místa, nazývaná restrikční místa.
Aminokyselinová sekvence pro enzymy EcoRI (in E. coli) a RSRI (v Rhodobacter sphaeroides) mají sekvenci téměř 300 aminokyselinových zbytků, které jsou navzájem shodné o 50%, což jasně ukazuje blízký evoluční vztah.
Díky studiu dalších molekulárních a biochemických charakteristik jsou však tyto dvě bakterie velmi odlišné a z fylogenetického hlediska velmi nesouvisejí..
Kromě toho gen, který kóduje enzym EcoRI, používá velmi specifické kodony, které se liší od těch, které se normálně používají E. coli, takže se předpokládá, že gen nepochází z této bakterie.
Horizontální přenos genů v evoluci
V roce 1859 britský přírodovědec Charles Darwin převrátil biologické vědy svou evoluční teorií prostřednictvím přirozeného výběru. Ve své kultovní knize, Původ druhu, Darwin navrhuje metaforu stromu života k ilustraci genealogických vztahů existujících mezi druhy.
Dnes, fylogenies jsou formální reprezentace takové metafory, kde to je předpokládal, že přenos genetické informace nastane vertikálně - od rodičů k dětem..
Můžeme aplikovat tuto vizi bez větších nepohodlí pro mnohobuněčné organismy a získáme rozvětvený vzor, jak Darwin navrhuje.
Toto znázornění větví bez fúzí je však obtížné aplikovat na mikroorganismy. Při srovnání genomů různých prokaryot je zřejmé, že mezi liniemi existuje rozsáhlý přenos genů.
Vzorec vztahů se tak více podobá síti, s větvemi spojenými a spojenými dohromady, a to díky prevalenci horizontálního přenosu genů..
Odkazy
- Gogarten, J. P., & Townsend, J. P. (2005). Horizontální přenos genů, inovace a evoluce genomu. Příroda Recenze Mikrobiologie, 3(9), 679.
- Keeling, P. J., & Palmer, J. D. (2008). Horizontální přenos genů v eukaryotické evoluci. Nature Reviews Genetics, 9(8), 605.
- Pierce, B. A. (2009). Genetika: koncepční přístup. Panamericana Medical.
- Russell, P., Hertz, P., & McMillan, B. (2013). Biologie: Dynamická věda. Nelson Vzdělání.
- Sumbali, G., & Mehrotra, R. S. (2009). Principy mikrobiologie. McGraw-Hill.
- Syvanen, M., & Kado, C. I. (2001). Horizontální přenos genů. Akademická tisková zpráva.
- Tortora, G. J., Funke, B.R., a C. L. (2007). Úvod do mikrobiologie. Panamericana Medical.