Transfer genów

Pod Transfer genów odnosi się do sztucznego lub naturalnego transferu obcego materiału genetycznego do zapłodnionej komórki jajowej. Dokładniej, poszczególne geny są przenoszone z organizmu dawcy do organizmu biorcy. Rozróżnia się poziomy i pionowy transfer genów. Transfer genów może odbywać się poprzez transformację, koniugację lub transfekcję. Procesy techniczne to na przykład mikroiniekcja lub metoda biolistyczna, znana również jako „broń genowa”.

Co to jest transfer genów?

Horyzontalny transfer genów to proces, w którym materiał genetyczny jest pobierany lub przekazywany bez ścieżek reprodukcji płciowej i niezależnie od granic gatunkowych. Gen o określonej właściwości jest wprowadzany do genomu i tam aktywowany. Mówiąc dokładniej, oznacza to, że materiał genetyczny nie jest przenoszony wzdłuż linii rodowej, podczas gdy pionowy transfer genów odbywa się poprzez przodków na potomstwo.

W teorii ewolucji poziomy transfer genów wyjaśnia powstawanie na przykład mikroorganizmów charakteryzujących się dużymi skokami w rozwoju. Z tego z kolei trzeba rozróżnić przenoszenie wertykalne jako specjalną formę, w której patogeny są przenoszone na inne poprzez genetykę jednego zakażonego pokolenia.

Transfer poziomy został udowodniony w mikroorganizmach i bezkręgowcach. Na przykład geny odporne na antybiotyki rozprzestrzeniają się wśród bakterii. Z drugiej strony w przypadku bakterii Wolbachia cały genom jest przemycany do komórek muszki owocówki, nawet jeśli tylko niektóre z genów przejmą później określone funkcje.

Ze względu na szybki rozkład tansgenicznego DNA poza komórką jest raczej mało prawdopodobne, aby w faunie mikrobiologicznej wystąpił poziomy transfer genów. Przeważnie odbywa się to w laboratorium. Samo pojawienie się różnych oporności i patogenów może z kolei dostarczyć informacji o naturalnie występującym transferze genów.

Taki transfer genów został udowodniony na przykład w bakterii glebowej „Agrobacterium tumefaciens”, która ma zdolność przenoszenia DNA do komórek roślinnych, co zostało po raz pierwszy opisane przez belgijskich biologów molekularnych Marc Van Montagu i Jozefa Schella w 1983 r. Gram-ujemna pałeczka "Bartonella henselae", która jest zdolna do przenoszenia DNA do komórek eukariotycznych poprzez własny system transportowy.

Z kolei pionowy transfer genów to krzyżówka, która występuje u dwóch osobników lub roślin na podstawie płciowej, w wyniku której geny są przekazywane następnym pokoleniom. Mówimy o przejazdach wzdłuż pionowej linii opadania.

Jeśli, na przykład, krzyżuje się rośliny transgeniczne i nietransgeniczne, rośliny nietransgeniczne również przejmują konstrukty genów. Może również zostać przeniesiony na chromosomy z defektami genetycznymi.

W przypadku mikroorganizmów przekazywanie DNA potomstwu nazywa się przenoszeniem pionowym. Termin ten określa również przenoszenie patogenów w czasie ciąży, podczas porodu i po porodzie z matki na dziecko. Mogą tu wystąpić choroby zakaźne, takie jak różyczka czy HIV.

Funkcja i zadanie

W inżynierii genetycznej poziomy transfer genów jest używany do tworzenia organizmów zmodyfikowanych genetycznie. Procedura obejmuje wiele metod, które zależą od konkretnej zmiany, np. Czy jest to prokariont czy eukariont. Pierwsza opisuje żyjące istoty, które nie mają jądra. Są to np. Bakterie, a dokładniej eubakterie i archebakterie. Charakteryzują się wysoką zdolnością biologiczną do adaptacji i prostą morfologią, nie mają mitochondriów, mają genom wolny w cytoplazmie, mają złożoną macierz zewnątrzkomórkową i dodatkowe DNA.

W związku z tym eukarionty to organizmy, które mają jądro i rozwijają się z komórek rodzicielskich zawierających jądro. Te z kolei mogą być zarodnikami lub zygotami. Zygota to diploidalna komórka, która powstała z komórki jajowej i plemników. Zarodniki to mikroorganizmy jedno lub wielokomórkowe o wysokiej odporności na wpływy środowiska.

U prokariontów zachodzi transformacja, transdukcja i koniugacja; u eukariontów ma miejsce transfekcja. Podczas transdukcji fragmenty DNA są przenoszone między dwiema bakteriami poprzez infekcję bakteriofagami. Podczas koniugacji DNA jest przenoszone z jednej bakterii do drugiej. Również od dawcy do biorcy poza granicami gatunku. Bakterie, które działają jako dawcy, mają czynnik F, który przede wszystkim umożliwia koniugację. Połączenie między bakteriami jest tworzone za pomocą mostka plazmowego, a dawca przekazuje plazmid biorcy. Transformacja z kolei polega na pobraniu wolnego DNA przez bakterie.

Choroby i dolegliwości

W międzyczasie naukowcom udało się udowodnić, że ludzkie geny nie tylko były przenoszone z pokolenia na pokolenie poprzez pionowy transfer genów, ale także że w toku ewolucji ludzie przejęli je od bakterii. Ponad sto genów mikroorganizmów trafiło do ludzkiego genomu poprzez poziomy transfer genów.

Wynik badań po raz pierwszy wywołał poruszenie w 2001 roku, ale nadal był uważany za kontrowersyjny. W miarę jak z biegiem lat dostępna była coraz obszerniejsza baza danych genomu, brytyjscy naukowcy porównali geny gatunków muszek owocówek, naczelnych, różnych glist i ludzi z genetycznym składem mikroorganizmów. Rezultatem u ludzi było 145 genów, które pierwotnie pochodzą ze świata drobnoustrojów, a także spełniają ważne zadania, na przykład biorą udział w metabolizmie lipidów lub w różnych reakcjach immunologicznych.

Taki poziomy transfer genów prawdopodobnie ma miejsce w czasie, gdy różne gatunki jeszcze się nie rozdzieliły. Natomiast transfer genów w tej formie istnieje do dziś u nicieni i muszek owocówek. W jaki sposób takie bakterie zostały wprowadzone do ludzkiego genomu, nie zostało jeszcze wyjaśnione. Jednym z możliwych wyjaśnień są wirusy, które mogły służyć jako środek transportu.

Ogólnie rzecz biorąc, transfer genów może mieć pozytywny wpływ na zdrowie organizmów poprzez uodpornienie ich na podatność zewnętrzną, ale może również wystąpić odwrotna sytuacja, w której patogeny, jak w przypadku wirusa HI, są przenoszone na inny organizm.