De la descoperirea unui astfel de fenomen precum transferul orizontal al genelor, și anume nu de la părinți la urmași, întreaga lume vie de pe planeta noastră a fost reprezentată ca un singur sistem informațional. Și în acest sistem devine posibil să împrumuți o invenție evolutivă de succes a unei specii de către alta. Ce este transferul de gene vertical și orizontal, care sunt mecanismele acestui proces și exemple în lumea organică - toate acestea sunt articolul.
Gene vecine
Toată lumea știe că ne obținem genele de la părinți. Și sunt de la părinții lor. Acesta este transferul vertical. Și dacă dintr-o dată apare o mutație care se dovedește a fi utilă pentru supraviețuire sau adaptare și căpătă un loc în genomul populației, atunci specia va câștiga avantaje în lupta pentru existență.
În același timp, o persoană are propriile sale gene,afidele au ale lor, iar rechinii au ale lor. Este aproape imposibil pentru ei să treacă între specii. Dar uneori se întâmplă - acesta este un transfer de gene orizontal.
Aceasta este ceea ce face ingineria genetică modernă. Organismele modificate genetic sunt rezultatul unui astfel de transfer de gene (de exemplu, tardigradul luminos din fotografia de mai sus). Dar în natură, acest fenomen există de mult timp.
Miezul problemei
Transferul genic vertical este fenomenul de transfer al materialului ereditar de la formele parentale la organismele fiice.
Transferul genic orizontal este o situație naturală de transfer de gene de la un organism adult la altul. În același timp, există în mod obiectiv două organisme și, uneori, aparțin unor specii biologice diferite.
Un exemplu de transfer orizontal de gene la bacterii este transferul de gene de rezistență de la o tulpină bacteriană la alta.
Condiții necesare
Pentru a înțelege acest fenomen este necesar să cunoaștem condițiile în care este posibil în principiu un astfel de transfer și anume:
- Este necesar să existe un intermediar pentru „transportul” genelor de la o celulă la alta, de la un organism la altul.
- Trebuie să existe un mecanism molecular care să permită inserarea genelor străine în setul de gene al gazdei.
Aceste condiții pot fi bine îndeplinite de retrovirusuri și alți transpozoni (elemente ADN). Și tocmai aceste metode de transfer orizontal de gene sunt cele pe care ingineria genetică le-a adoptat astăzi.
DeșiAstăzi, mecanismele unui astfel de transfer de gene sunt doar studiate; pe lângă viruși, un astfel de transfer poate avea loc și cu ajutorul secțiunilor libere de acizi dezoxiribonucleici (transposoni), care intră în organism printr-o simplă introducere sau cu organisme parazite. Acesta din urmă poate modifica nu numai aparatul genetic al gazdei, ci și locul său ecologic în sistemul de biocenoză.
Context
A fost transferul de gene de rezistență la antibiotice între diferite tulpini bacteriene care a fost descris pentru prima dată în Japonia în 1959.
Deja la mijlocul anilor 1990, biologii moleculari au demonstrat că transferul orizontal de gene la procariote și eucariote a fost implicat în dezvoltarea evolutivă a vieții pe planeta noastră.
În 2010, a fost publicat un studiu al profesorului Cedric Feschott, care a prezentat o analiză a genomului maimuțelor opossum și saimiri. Au fost mușcați de un fel de insectă. În genomul mamiferelor, a fost găsit un transpozoon care are 98% identitate cu insectele. Pentru informațiile dvs., aceste insecte mușcă nu numai maimuțe și opossum.
De acum înainte, ipoteza transferului orizontal de gene între diferite domenii ale organismelor a devenit o nouă paradigmă a biologiei.
Gângări colorate
Și dacă transferul orizontal de gene în bacterii în ultimii 30 de ani nu a ridicat îndoieli în rândul biologilor, atunci posibilitatea acestuia în organismele multicelulare a ridicat multe întrebări. Atunci atenția biologilor a fost atrasă de afida comună, în careexistă indivizi cu culoarea verde și roșie a corpului.
O analiză a pigmenților care dau culoare indivizilor roșii a relevat prezența carotenoizilor - pigmenți vegetali. De unde au obținut afidele gene care sunt unice pentru organismele vegetale? Astăzi, secvențierea genomului insectei este o chestiune destul de simplă pentru cercetători. Așa s-a descoperit că genele afidelor responsabile de sinteza pigmentului roșu sunt complet identice cu cele ale unor ciuperci care parazitează în corpul afidelor fără a provoca vreun rău vizibil.
Cel mai probabil, în zorii evoluției afidelor (acum aproximativ 80 de milioane de ani) a existat un eșec în mașina genetică și genele fungice au fost încorporate în genomul insectei.
Evoluție și biodiversitate
Toată sistematica filogenetică a lumii organice se bazează pe conceptul lui Darwin de divergență. Esența sa este următoarea: de îndată ce izolarea reproductivă are loc între populațiile unei specii, putem vorbi despre procesul de speciație. Și deja două specii continuă să evolueze pe baza selecției naturale și a mutațiilor aleatorii.
Descoperirea transferului orizontal de gene între specii și taxoni mai mari a demonstrat doar că într-o perioadă spațio-timp atât de scurtă (4 miliarde de ani), materia vie de pe planeta noastră ar putea trece de la forme unicelulare la cele multicelulare foarte organizate.
Astfel, întreaga biotă a planetei devine un singur laborator pentru crearea de noi trăsături ereditare și este mișcarea orizontală a genelorar putea și continuă să accelereze în mod semnificativ procesul de evoluție.
Să împrumutăm niște gene
În 2015, geneticianul Alistair Crisp din Cambridge (Marea Britanie) a studiat genomul a 12 specii de muște de fructe Drosophila, 4 specii de viermi rotunzi și 10 specii de primate (dintre care una umană). Omul de știință căuta secțiuni „extraterestre” ale ADN-ului.
Rezultatele cercetării au confirmat prezența a 145 de regiuni în genomi care sunt rezultatul transferului orizontal de gene la eucariote.
Unele dintre aceste gene sunt implicate în metabolismul proteinelor și lipidelor, ceal altă - în răspunsurile imune. Cel mai important, a fost posibil să se identifice probabili donatori ai acestor gene. S-au dovedit a fi protisti (cele mai simple eucariote), bacterii (procariote) și ciuperci.
Ce zici de noi
Se știe deja în mod sigur că, prin transferul orizontal de gene la oameni, au apărut genele responsabile pentru tipurile de sânge AB0.
Majoritatea dovezilor pentru un astfel de transfer de gene la primate sunt de origine foarte veche, datând de la un strămoș comun cu alte cordate.
Conform studiilor recente, formarea placentei la om este responsabilă și de gena virusului, care a fost capturată undeva în zorii formării animalelor placentare.
Rezultatele secvențierii genomului uman au arătat că acesta conține aproximativ 8% din bucăți de genom virali, care sunt numite „gene adormite”.
Epoca mutanților
Aici am ajunssubiectul poveștilor de groază cu care se sperie activiștii verzi. Ce se întâmplă dacă aceste gene „dormite” se activează? Sau o căpușă mușcă o persoană și atrage un fel de groază în genomul lui? Sau mâncăm soia modificată genetic și devenim mutanți? Dar la urma urmei, timp de 4 miliarde de ani, biodiversitatea de pe planetă a crescut, iar tu și cu mine suntem încă puțin ca balenele, precum afidele sunt ca ciupercile. De ce?
În primul rând, mecanismul de transfer orizontal există în natură atâta timp cât există viața însăși. Și pe exemplul afidelor, este perfect clar că un astfel de transfer de gene a vizat tocmai creșterea adaptabilității organismelor la condițiile de mediu (cele roșii sunt mai puțin vizibile pe anumite părți ale plantelor). Iar inginerii genetici în acest sens nu au venit cu nimic nou. Roșiile cu gene de pești arctici au o toleranță crescută la frig, ceea ce le permite să fie cultivate în regiunile nordice.
În al doilea rând, în ciuda posibilității transferului genetic, nu am observat încă unificarea (uniformitatea) genomului tuturor organismelor vii de pe planetă. Stabilitatea sistemului biologic, care este celula și organismul, este suficient de mare pentru a limita transferul ineficient de gene. Dar, în același timp, acest transfer este instrumentul evoluției biologice, care duce la biodiversitate. Așa că nu va trece mult până când urșii arăta ca zmee și câinii ca cameleoni.
