HORISONTAL GENOVERFØRING: MEKANISMER OG EKSEMPLER - BIOLOGI - 2026

Den horisontale genoverføring eller lateral genoverføring er utveksling av genetisk materiale mellom organismer, som ikke forekommer i familier. Denne hendelsen finner sted mellom individer av samme generasjon og kan forekomme i encellede eller flercellede vesener.

Horisontal overføring skjer gjennom tre hovedmekanismer: konjugering, transformasjon og transduksjon. I den første typen er utveksling av lange DNA-fragmenter mulig, mens i de to siste overføringen er begrenset til små segmenter av arvestoffet.

En bakterie. THG er vanlig i disse organismer. Kilde pixabay.com

Det motsatte konseptet er vertikal genoverføring, der genetisk informasjon går fra en organisme til dens avkom. Denne prosessen er utbredt i eukaryoter, som planter og dyr. I kontrast er horisontal overføring vanlig i mikroorganismer.

I eukaryoter er horisontal overføring ikke like vanlig. Imidlertid er det bevis for utveksling av dette fenomenet, inkludert stamfar til mennesker, som fikk visse gener gjennom virus.

Hva er horisontal genoverføring?

Under reproduksjon passerer eukaryote organismer genene fra en generasjon til deres avkom (barn) i en prosess kjent som vertikal genoverføring. Prokaryoter utfører også dette trinnet, men gjennom aseksuell reproduksjon gjennom fisjon eller andre mekanismer.

I prokaryoter er det imidlertid en annen måte å utveksle genetisk materiale som kalles horisontal genoverføring. Her utveksles DNA-fragmentene mellom organismer av samme generasjon og kan passere fra en art til en annen.

Horisontal overføring er relativt vanlig blant bakterier. Ta eksemplet med gener som forårsaker resistens mot antibiotika. Disse viktige DNA-fragmentene overføres normalt mellom bakterier av forskjellige arter.

Disse mekanismene innebærer betydelige medisinske komplikasjoner ved behandling av infeksjoner.

mekanismer

Det er tre grunnleggende mekanismer som DNA kan utveksles ved horisontal overføring. Dette er konjugering, transformasjon og transduksjon.

Bøyning

Genoverføring ved hjelp av konjugering er den eneste typen som innebærer direkte kontakt mellom de to bakteriene.

Imidlertid bør det ikke sammenlignes med genutveksling gjennom seksuell reproduksjon (hvor det vanligvis er en kontakt mellom organismer som er involvert), siden prosessen er veldig forskjellig. Blant de viktigste forskjellene er fraværet av meiose.

Under konjugering skjer overføringen av genetisk materiale fra en bakterie til en annen gjennom fysisk kontakt etablert av en struktur kalt pili. Dette fungerer som en forbindelsesbro, der utvekslingen skjer.

Selv om bakterier ikke skiller seg ut i kjønn, er organismen som bærer et lite sirkulært DNA kjent som faktor F (fruktbarhet f) kjent som "hann". Disse cellene er giverne under konjugering, og overfører materialet til en annen celle som mangler faktoren.

Faktor F DNA består av rundt 40 gener, som kontrollerer replikasjonen av den seksuelle faktoren og syntesen av den seksuelle pili.

Det første beviset for konjugasjonsprosessen kommer fra Lederberg- og Tatum-eksperimentene, men det var Bernard Davis som til slutt viste at kontakt var nødvendig for overføring.

Transformation

Transformasjonen innebærer inntak av et naken DNA-molekyl som finnes i miljøet nær en vertsbakterie. Dette stykke DNA kommer fra en annen bakterie.

Prosessen kan utføres naturlig, siden bakteriepopulasjoner normalt gjennomgår transformasjon. På samme måte kan transformasjonen simuleres i laboratoriet for å tvinge bakterier til å ta opp DNA av interesse som finnes utenfor.

Teoretisk sett kan ethvert stykke DNA tas. Imidlertid har man observert at prosessen involverer små molekyler.

transduksjon

Til slutt skjer overføringsmekanismen ved hjelp av en fag (virus) som fører DNA fra en donorbakterie til en mottaker. Som i forrige tilfelle er mengden overført DNA relativt liten, siden virusets evne til å bære DNA er begrenset.

Vanligvis er denne mekanismen begrenset til bakterier som er fylogenetisk nær, siden viruset som bærer DNAet må binde seg til spesifikke reseptorer på bakteriene for å injisere materialet.

eksempler

Endonukleaser er enzymer som har evnen til å bryte fosfodiesterbindinger i en polynukleotidkjede, fra innsiden - det er derfor de er kjent som "endo". Disse enzymene kutter ikke noe sted, de har spesifikke steder å gjøre det, kalt restriksjonssider.

Aminosyresekvensene for enzymene EcoRI (i E. coli) og RSRI (i Rhodobacter sphaeroides) har en sekvens på nesten 300 aminosyrerester, som er 50% identiske med hverandre, noe som tydelig indikerer et nært evolusjonært slektskap.

Takket være studien av andre molekylære og biokjemiske kjennetegn er disse to bakteriene imidlertid veldig forskjellige og er veldig lite relatert fra et fylogenetisk synspunkt.

I tillegg bruker genet som koder for EcoRI-enzymet veldig spesifikke kodoner som er forskjellige fra de som normalt brukes av E. coli, så det er mistanke om at genet ikke har sin opprinnelse i denne bakterien.

Horisontal genoverføring i evolusjonen

I 1859 revolusjonerte den britiske naturforskeren Charles Darwin de biologiske vitenskapene med sin evolusjonsteori gjennom naturlig seleksjon. I sin ikoniske bok, The Origin of Species, foreslår Darwin metaforen om livets tre for å illustrere de slektsforholdene mellom arter.

I dag er fylogenier en formell representasjon av denne metaforen, der det antas at overføring av genetisk informasjon skjer loddrett - fra foreldre til barn.

Vi kan anvende denne visjonen uten større ulemper for flercellede organismer, og vi vil få et forgrenet mønster, slik Darwin foreslår.

Imidlertid er denne representasjonen av grener uten fusjoner vanskelig å anvende for mikroorganismer. Når man sammenligner genomene til forskjellige prokaryoter, er det tydelig at det er omfattende genoverføring mellom linjer.

Dermed er mønsteret av sammenhenger mer som et nettverk, med grener koblet og smeltet sammen, takket være utbredelsen av horisontal genoverføring.

referanser

1. Gogarten, JP, & Townsend, JP (2005). Horisontal genoverføring, genominnovasjon og evolusjon. Nature Reviews Microbiology, 3 (9), 679.
2. Keeling, PJ, & Palmer, JD (2008). Horisontal genoverføring i eukaryotisk evolusjon. Nature Reviews Genetics, 9 (8), 605.
3. Pierce, BA (2009). Genetikk: En konseptuell tilnærming. Panamerican Medical Ed.
4. Russell, P., Hertz, P., & McMillan, B. (2013). Biologi: Den dynamiske vitenskapen. Nelson Education.
5. Sumbali, G., & Mehrotra, RS (2009). Prinsipper for mikrobiologi. McGraw-Hill.
6. Syvanen, M., & Kado, CI (2001). Horisontal genoverføring. Academic Press.
7. Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2007). Introduksjon til mikrobiologi. Panamerican Medical Ed.