Horizontale mechanismen en mechanismen voor genoverdracht

de horizontale genoverdracht of laterale genoverdracht is de uitwisseling van genetisch materiaal tussen organismen, wat niet gebeurt van vader op zoon. Deze gebeurtenis vindt plaats tussen individuen van dezelfde generatie en kan voorkomen in eencellige of meercellige wezens.

Horizontale overdracht vindt plaats via drie hoofdmechanismen: conjugatie, transformatie en transductie. In het eerste type is het mogelijk om lange fragmenten van DNA uit te wisselen, terwijl in de laatste twee de overdracht beperkt is tot kleine segmenten van het genetische materiaal.

Het tegenovergestelde concept is de overdracht verticaal van genen, waar genetische informatie van een organisme naar zijn nakomelingen gaat. Dit proces is wijdverspreid in eukaryoten, zoals planten en dieren. Daarentegen is horizontale overdracht gebruikelijk in micro-organismen.

Bij eukaryoten komt horizontale overdracht niet zo vaak voor. Er zijn echter aanwijzingen voor uitwisseling van dit fenomeen, waaronder de afkomst van mensen, die bepaalde genen hebben verkregen door middel van virussen.

index

• 1 Wat is horizontale genoverdracht?
• 2 mechanismen
  • 2.1 Vervoeging
  • 2.2 Transformatie
  • 2.3 Transductie
• 3 voorbeelden
• 4 De horizontale overdracht van genen in evolutie
• 5 Referenties

Wat is horizontale genoverdracht?

Tijdens de reproductie passeren eukaryote organismen hun genen van de ene generatie naar hun nakomelingen (nakomelingen) in een proces dat bekend staat als verticale genoverdracht. Prokaryoten voeren deze stap ook uit, maar door aseksuele voortplanting door het splijtingsfenomeen of door andere mechanismen.

In prokaryoten is er echter een andere manier om genetisch materiaal, de zogenaamde horizontale genoverdracht, uit te wisselen. Hier worden de DNA-fragmenten uitgewisseld tussen organismen van dezelfde generatie en kunnen ze van de ene soort naar de andere gaan.

Horizontale overdracht is relatief gebruikelijk onder bacteriën. Neem het voorbeeld van genen die resistentie tegen antibiotica veroorzaken. Deze belangrijke DNA-fragmenten worden normaal overgedragen tussen bacteriën van verschillende soorten.

Genoemde mechanismen veronderstellen significante medische complicaties bij het behandelen van infecties.

mechanismen

Er zijn drie fundamentele mechanismen waarmee DNA kan worden uitgewisseld door horizontale overdracht. Dit zijn conjugatie, transformatie en transductie.

vervoeging

Genoverdracht door conjugatie is het enige type dat direct contact tussen de twee bacteriën omvat.

Het moet echter niet worden vergeleken met genuitwisseling door seksuele reproductie (waarbij er gewoonlijk contact is tussen de betrokken organismen), omdat het proces heel anders is. Een van de belangrijkste verschillen is de afwezigheid van meiose.

Tijdens conjugatie wordt de passage van genetisch materiaal van de ene bacterie naar de andere uitgevoerd door middel van een fysiek contact dat wordt opgebouwd door een structuur die pili wordt genoemd. Dit werkt als een verbindingsbrug, waar de uitwisseling plaatsvindt.

Hoewel bacteriën zich niet differentiëren in geslachten, staat het bekend als "mannelijk" voor het organisme dat een klein cirkelvormig DNA draagt ​​dat bekend staat als factor F (vruchtbaarheid f). Deze cellen zijn de donoren tijdens conjugatie en ze geven het materiaal door aan een andere cel die de factor mist.

Het F-factor DNA bestaat uit ongeveer 40 genen, die de replicatie van de seksuele factor en de synthese van de seksuele pili controleren.

Het eerste bewijs van het conjugatieproces is afkomstig van de experimenten van Lederberg en Tatum, maar het was Bernard Davis die eindelijk bewees dat het contact nodig was voor de overdracht.

transformatie

De transformatie omvat het nemen van een naakt DNA-molecuul dat zich in de omgeving van een gastheerbacterie bevindt. Dit DNA-fragment komt van een andere bacterie.

Het proces kan op natuurlijke wijze worden uitgevoerd, aangezien bacteriële populaties normaal transformatie ondergaan. Evenzo kan de transformatie in het laboratorium worden gesimuleerd om de bacteriën te dwingen een interessant DNA te nemen dat zich aan de buitenkant bevindt.

Theoretisch kan elk DNA-fragment worden genomen. Er is echter waargenomen dat het proces kleine moleculen omvat.

transductie

Ten slotte vindt het transductiemechanisme plaats door middel van een faag (virus) die DNA van een donorbacterie naar een ontvanger transporteert. Zoals in het vorige geval, is de hoeveelheid overgedragen DNA relatief klein, omdat het vermogen van het virus om DNA te dragen beperkt is.

Gewoonlijk is dit mechanisme beperkt tot fylogenetisch dichte bacteriën, omdat het virus dat het DNA draagt, moet binden aan specifieke receptoren van de bacteriën om het materiaal te kunnen injecteren.

Voorbeelden

Endonucleasen zijn enzymen die van binnenuit de mogelijkheid hebben om fosfodiesterbindingen in een polynucleotideketen te verbreken - daarom zijn ze bekend als "endo". Deze enzymen knippen nergens, ze hebben specifieke sites om het te doen, restrictiesites genoemd.

De aminozuursequentie voor de EcoRI-enzymen (in E. coli) en RSRI (in Rhodobacter sphaeroides) hebben een sequentie van bijna 300 aminozuurresiduen, die voor 50% identiek zijn aan elkaar, wat een duidelijke evolutionaire relatie aangeeft.

Echter, dankzij de studie van andere moleculaire en biochemische kenmerken, zijn deze twee bacteriën zeer verschillend en zijn zeer niet gerelateerd aan het fylogenetische gezichtspunt.

Bovendien gebruikt het gen dat codeert voor het enzym EcoRI zeer specifieke codons die anders zijn dan die normaal worden gebruikt E. coli, dus het vermoeden bestaat dat het gen niet afkomstig is van deze bacterie.

De horizontale overdracht van genen in evolutie

In het jaar 1859 revolutioneerde de Britse natuuronderzoeker Charles Darwin de biologische wetenschappen met zijn theorie van evolutie door natuurlijke selectie. In zijn iconische boek, De oorsprong van de soort, Darwin stelt de metafoor van de boom des levens voor om de genealogische relaties tussen soorten te illustreren.

Tegenwoordig zijn fylogenieën een formele weergave van een dergelijke metafoor, waarbij wordt verondersteld dat de overdracht van genetische informatie verticaal plaatsvindt - van ouders tot kinderen.

We kunnen deze visie toepassen zonder groot ongemak voor multicellulaire organismen en we zullen een vertakt patroon verkrijgen, zoals Darwin voorstelt.

Deze weergave van takken zonder fusies is echter moeilijk toe te passen op micro-organismen. Bij het vergelijken van de genomen van verschillende prokaryoten is het duidelijk dat er een uitgebreide genoverdracht tussen afstammingslijnen is.

Het patroon van relaties lijkt dus meer op een netwerk, waarbij takken met elkaar verbonden en samengevoegd zijn, dankzij de prevalentie van horizontale genoverdracht..

referenties

1. Gogarten, J.P., & Townsend, J.P. (2005). Horizontale genoverdracht, genoominnovatie en evolutie. Nature Reviews Microbiologie, 3(9), 679.
2. Keeling, P. J., & Palmer, J.D. (2008). Horizontale genoverdracht in eukaryotische evolutie. Nature Reviews Genetica, 9(8), 605.
3. Pierce, B.A. (2009). Genetica: een conceptuele benadering. Ed. Panamericana Medical.
4. Russell, P., Hertz, P., & McMillan, B. (2013). Biologie: de dynamische wetenschap. Nelson Education.
5. Sumbali, G., & Mehrotra, R. S. (2009). Principes van de microbiologie. McGraw-Hill.
6. Syvanen, M., & Kado, C. I. (2001). Horizontale genoverdracht. Academische pers.
7. Tortora, G. J., Funke, B.R., & Case, C.L. (2007). Inleiding tot de microbiologie. Ed. Panamericana Medical.