מנגנונים אופקיים להעברת גנים ודוגמאות

ה - העברת גנים אופקית או לרוחב הוא חילופי חומר גנטי בין אורגניזמים, אשר לא קורה מאב לבן. אירוע זה מתרחש בין אנשים מאותו דור, ויכול להתרחש בישויות חד-תאיות או תאיים.

העברה אופקית מתרחשת באמצעות שלושה מנגנונים עיקריים: הצמדה, טרנספורמציה והתמסורת. בסוג הראשון, ניתן להחליף שברי דנ"א ארוכים, ואילו בשנתיים האחרונות ההעברה מוגבלת למגזרים קטנים של החומר הגנטי.

הרעיון ההפוך הוא ההעברה אנכי של גנים, שבו מידע גנטי עובר מאורגניזם לצאצאיה. תהליך זה נפוץ ב eukaryotes, כגון צמחים ובעלי חיים. לעומת זאת, העברה אופקית שכיחה במיקרואורגניזמים.

ב eukaryotes, העברה אופקי הוא לא כל כך נפוץ. עם זאת, יש ראיות של חילופי התופעה הזאת, כולל המוצא של בני אדם, אשר השיגו גנים מסוימים באמצעות וירוסים.

אינדקס

• 1 מהו העברה אופקית של גנים?
• מנגנונים
  • 2.1 הכנה
  • 2.2 טרנספורמציה
  • 2.3 התמרה
• 3 דוגמאות
• 4. העברה אופקית של גנים באבולוציה
• 5 הפניות

מהו העברה אופקית של גנים?

במהלך ההעתקה, אורגניזמים אאוקריוטים מעבירים את הגנים שלהם מדור לדור לצאצאיהם (תהליך הצאצאים). Prokaryotes גם לבצע את הצעד הזה, אבל באמצעות רבייה מינית על ידי התופעה ביקוע או מנגנונים אחרים.

עם זאת, ב prokaryotes יש דרך אחרת של החלפת חומר גנטי הנקרא העברת גנים אופקית. כאן, שברי הדנ"א מוחלפים בין אורגניזמים של אותו דור ויכולים לעבור ממין אחד למשנהו.

העברה אופקי הוא נפוץ יחסית בקרב חיידקים. קחו לדוגמה את הגנים הגורמים להתנגדות לאנטיביוטיקה. שברי דנ"א חשובים אלה מועברים בדרך כלל בין חיידקים של מינים שונים.

המנגנונים האמורים מניחים סיבוכים רפואיים משמעותיים בטיפול בזיהומים.

מנגנונים

ישנם שלושה מנגנונים בסיסיים שבאמצעותם ניתן להחליף דנ"א בהעברה אופקית. אלה הם הצמידה, טרנספורמציה והתמסרות.

השתייכות

העברת גנים על ידי הצמידה היא הסוג היחיד המכיל מגע ישיר בין שני החיידקים.

עם זאת, אין להשוות אותו לחילופי גנים באמצעות רבייה מינית (שבה קיים בדרך כלל קשר בין האורגניזמים המעורבים), שכן התהליך שונה מאוד. בין ההבדלים העיקריים הוא היעדר המיוזה.

במהלך הצמידה, המעבר של חומר גנטי בין חיידק אחד למשנהו מתבצע באמצעות מגע פיזי שהוקם על ידי מבנה הנקרא פילי. זה עובד כמו גשר חיבור, שבו מתרחשת החליפין.

אף על פי שחיידקים אינם נבדלים למין, הוא ידוע כ"זכר "לאורגניזם שנושא דנ"א עגול קטן המכונה גורם F (פריון f). תאים אלה הם התורמים במהלך הצמידה, והם מעבירים את החומר לתא אחר חסר את הגורם.

ה- F- גורם ה- DNA מורכב כ 40 גנים, אשר לשלוט על שכפול של גורם מיני סינתיזה של פילי מינית.

העדות הראשונה לתהליך ההצמידה באה מניסויים של לדרברג וטאטום, אבל ברנאר דייוויס הוכיח לבסוף כי המגע נחוץ לצורך ההעברה.

טרנספורמציה

הטרנספורמציה כוללת נטילת מולקולת דנ"א עירומה הנמצאת בסביבה הקרובה לחיידק מארח. זה קטע DNA מגיע חיידק אחר.

התהליך יכול להתבצע באופן טבעי, שכן אוכלוסיות בקטריאליות עוברות בדרך כלל טרנספורמציה. באופן דומה, השינוי יכול להיות מדומה במעבדה כדי לאלץ את החיידקים לקחת DNA של עניין נמצא בחוץ.

תיאורטית, כל קטע DNA יכול להילקח. עם זאת, נצפתה כי התהליך כרוך מולקולות קטנות.

התמרה

לבסוף, המנגנון של התמרה מתרחשת באמצעות phage (וירוס) שנושאת דנ"א מחיידק התורם למקבל. כמו במקרה הקודם, כמות הדנ"א המועברת קטנה יחסית, שכן יכולת הנגיף לשאת DNA מוגבלת.

בדרך כלל, מנגנון זה מוגבל לחיידקים קרובים מבחינה פילוגנטית, שכן הנגיף הנושא את הדנ"א חייב לקשור לקולטנים ספציפיים של החיידק כדי להזריק את החומר.

דוגמאות

Endonucleases הם אנזימים שיש להם את היכולת לשבור את קשרי phosphodiester בתוך שרשרת polynucleotide, מבפנים - זו הסיבה שהם ידועים בשם "endo". אנזימים אלה אינם חותכים בשום מקום, יש להם אתרים ספציפיים לעשות זאת, הנקראים אתרי הגבלה.

חומצת אמינו רצף של אנזימים EcoRI (ב E. coli) ו RSRI (ב Rhodobacter sphaeroides) יש רצף של כמעט 300 שאריות חומצות אמינו, אשר 50% זהים זה לזה, אשר בבירור מצביע על יחסים אבולוציוניים קרובים.

עם זאת, בזכות המחקר של מאפיינים מולקולריים וביוכימיים אחרים, אלה שני חיידקים שונים מאוד והם מאוד לא קשורים מנקודת מבט פילוגנטי.

בנוסף, הגן הקודי עבור אנזים EcoRI משתמש קודונים ספציפיים מאוד שונים מאלה המשמשים בדרך כלל E. coli, ולכן הוא חשוד כי הגן לא מקורו חיידק זה.

העברה אופקית של גנים באבולוציה

בשנת 1859, חוקר הטבע הבריטי צ'ארלס דרווין חולל מהפכה במדעי הביולוגיה עם תורת האבולוציה שלו באמצעות ברירה טבעית. בספרו האיקוני, מקורו של המין, דרווין מציע את המטאפורה של עץ החיים כדי להדגים את היחסים הגנאלוגיים הקיימים בין המינים.

כיום, הפילוגניות הן ייצוג פורמלי של מטאפורה שכזו, בהנחה כי העברת מידע גנטי מתרחשת אנכית - מהורים לילדים.

אנחנו יכולים ליישם את החזון הזה ללא אי נוחות גדולה לאורגניזמים רב תאיים, ואנו נקבל דפוס מסועף, כפי שמציע דרווין.

עם זאת, ייצוג זה של סניפים ללא fusions קשה ליישם מיקרואורגניזמים. כאשר משווים את הגנום של פרוקריוטים שונים, ברור כי קיים מעבר גנטי נרחב בין השושלות.

לכן, דפוס הקשרים דומה יותר לרשת, כאשר הענפים מחוברים וממוזגים יחד, הודות לשכיחות של העברת גנים אופקית.

הפניות

1. Gogarten, J. P., & Townsend, J. P. (2005). העברת גנים אופקי, חדשנות הגנום ואבולוציה. טבע ביקורות מיקרוביולוגיה, 3(9), 679.
2. Keeling, P. J., & Palmer, J. D. (2008). העברת גנים אופקים באבולוציה האיקריוטית. טבע ביקורות גנטיקה, 9(8), 605.
3. פירס, ב 'א' (2009). גנטיקה: גישה מושגית. אד פנמריקנה מדיקל.
4. ראסל, פ, הרץ, פ, מקמילן, ב '(2013). ביולוגיה: המדע הדינאמי. נלסון חינוך.
5. סומבלי, ג ', ומהרותרה, ר' ש '(2009). עקרונות המיקרוביולוגיה. מקגרו היל.
6. סיוונן, מ., קאדו, ק '(2001). העברת גנים אופקי. אקדמיה.
7. Tortora, G. J., Funke, B. R., & Case, C. L. (2007). מבוא למיקרוביולוגיה. אד פנמריקנה מדיקל.