Горизонтальний перенос генів

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Відмінності горизонтального та вертикального переносу генів. При вертикальному переносі генів (верхня частина схеми) передача генетичної інформації відбувається від предків до нащадків (організми позначені червоним кольором). При горизонтальному переносі генів (нижня частина схеми) генетична інформація передається від одного організму (червоний) до іншого (синій), що не є нащадком першого.

Горизонтальний перенос генів — будь-який процес, під час якого організм або клітина передає генетичний матеріал іншому організму (клітині), який не є його нащадком. На відміну від цього, за вертикальної передачі організм отримує генетичний матеріал від свого предка, наприклад свого батька або виду, від якого цей організм еволюціонував. Штучна форма горизонтальної передачі генів називається генною інженерією.

Генетика завжди більше зосереджувалася на поширенішій вертикальній передачі, але наразі стає все більш прийнятим, що горизонтальна передача гену — значне, істотне явище. Горизонтальний перенос генів відоміший серед бактерій, хоча і там значення, що надається йому у біології, зростає [2] і він підкреслюється, як важливий чинник «прихованих ризиків генної інженерії». Протягом минулих 10 років учені почали усвідомлювати значення горизонтального переносу генів і серед вищих рослин та тварин [3]. При зародженні життя на Землі він міг бути домінуючим процесом передачі генів.

Історія[ред.ред. код]

Горизонтальний перенос генів вперше був описаний в Японії в 1959 році публікацією, яка продемонструвала передачу резистентності до антибіотиків між різними видами бактерій [1] [2]. В середині 1980-х років Майкл Сівянен [3] передбачив, що горизонтальний перенос генів існував, мав біологічне значення і був залучений у формування еволюційної історії з початку життя на Землі.

У 1999 році Раві Джайн,Марія Рівера і Джеймс Лейк писали: "Все частіше дослідження генів і геномів,вказують,що значна горизонтальна передача генів сталася між прокариотами"[4] (див.також Lake і Rivera,2007)[5].Цей процес вочевидь,зробив деякий вплив на одноклітинні еукаріоти. Як пишуть Ерік Баптест та ін.(2005),"додаткові дані свідчать про те, що перенесення генів може бути також важливим еволюційним механізмом в еволюції найпростіших."[6]

Існує низка доказів,що були зачеплені навіть вищі рослини і тварини,і це викликає занепокоєння з безпеки[7].Так,в 2010 році групою вчених під керівництвом Седріка Фешотта (Cédric Feschotte) в результаті аналізу геномів ссавців (опосумів мавп саймири),покусаних південноамериканським жуком Rhodnius prolixus, був виявлений горизонтальний перенос фрагменту ДНК - транспозона. Ідентичність цього фрагмента ДНК у ссавців і комах досягає 98 %[8].

Однак Аарон Річардсон і Джеффрі Палмер (2007) стверджують, що: «Горизонтальний перенос генів грав головну роль в бактеріальному розвитку і є досить поширеним у деяких одноклітинних еукаріот. Тим не менш, поширеність і значення горизонтального переносу в еволюції багатоклітинних еукаріотів залишаються неясними.»[9]

У зв'язку зі зростаючою кількістю свідоцтв, які показують важливість цих явищ для розвитку (див. нижче), молекулярні біологи, такі як Петер Гогарт описали горизонтальну генну передачу як «Нова Парадигма для Біології» [10].

Слід також зазначити, що цей процес може бути прихованою небезпекою генної інженерії, оскільки це може дозволити небезпечній трансгенній ДНК поширюватися від виду до виду [7].

Бактерії та археї[ред.ред. код]

Серед бактерій горизонтальний перенос генів досить звичайний, навіть між дуже віддалено пов'язанними видами. Цей процес є істотною причиною швидкого розповсюдження резистентності (стійкості) до антибіотиків, коли одна бактеріальна клітина, котра набула такої стійкості, може швидко перемістити гени стійкості до багатьох інших бактерій чи навіть видів. Здається, бактерії травного тракту обмінюються генетичним матеріалом одна з одною у межах частини кишечника, у якій вони проживають. Існують три загальні механізми горизонтальної передачі генів:

Еукаріоти[ред.ред. код]

Аналіз послідовностей ДНК свідчить, що горизонтальний перенос генів також відбувався у межах еукаріотів від геномів їх хлоропластів і мітохондрій до ядерного генома. Згідно з ендоплазматичною теорією, хлоропласти і мітохондрії походять від бактеріальних ендосимбіотів клітин еукаріотів. Горизонтальна передача генів від бактерій до грибів, особливо дріжджів Saccharomyces cerevisiae добре задокумантована. Також існує недавнє свідчення, що бобовий жук адзукі так чи інакше придбав генетичний матеріал від свого ендосимбіоту-коменсалу Wolbachia, проте ці дані все ще піддаються сумніву, і свідоцтво не остаточне. Порівняння послідовностей ДНК також пропонує недавню горизонтальну передачу деяких генів між різними видами різних за походженням груп організмів. Тому філогенетичну історію видів часто неможливо представити у вигляді філогенетичного дерева, засновуючись лише на аналізі кількох окремих генів [4].

Еволюційна теорія[ред.ред. код]

Горизонтальний перенос генів — потенціальна прихована змінна у виведенні філогенетичних дерев у філогенетиці, засновуваючись на послідовності одного гена. Наприклад, якщо уявити дві віддалені бактерії, які обмінялися одним геном, філогенетичне дерево засноване на цьому гені покаже, що ці організми близькі, тому що мають такий самий ген, хоча більшість решти генів істотно відрізняються. Тому, для встановлення філогенезу ідеально використовувати іншу інформацію, щоб зробити висновок щодо філогенезу, наприклад, присутність або відсутність генів, або, звичайніше, включати якможливо більше генів до філогенетичного аналізу.

Наприклад, найзагальніший ген, який використовується для будівництва взаємин філогенезу у прокаріотів — ген 16S рРНК, тому що його послідовність чітко зберігається серед філогенетично пов'язаних видів, але зміни достатні, щоб відмінності могли бути зважені. Проте, останніми роками виникло переконання, що гени 16S рРНК в принципі можуть бути горизонтально перенесені. Хоча це зустрічається і не часто, переконливість дерев, заснованих на 16S рРНК, не остаточна.

Посилання[ред.ред. код]

  • This article points out that one dramatic claim of horizontal gene transfer — in which a distinguished group of scientists claimed that bacteria transferred their DNA directly into the human lineage — was simply wrong. Steven L. Salzberg, Owen White, Jeremy Peterson, and Jonathan A. Eisen (2001) «Microbial Genes in the Human Genome: Lateral Transfer or Gene Loss?» Science 292, 1903—1906. [5] (Free full article)
  • This article seeks to shift the emphasis in early phylogenic adaptation from vertical to horizontal gene transfer. Woese, Carl (2002) «On the evolution of cells», PNAS, 99(13) 8742-8747. [6] (Free full article)
  • This article gives convincing evidence of horizontal transfer of bacterial DNA to Saccharomyces cerevisiae «Contribution of Horizontal Gene Transfer to the Evolution of Saccharomyces cerevisiae.» Hall C, Brachat S, Dietrich FS. Eukaryot Cell 2005 Jun 4(6):1102-15. [7]
  • This article gives evidence, but does not conclusively prove, that Wolbachia DNA is in the azuki bean beetle genome (a species of bean weevil). Natsuko Kondo, Naruo Nikoh, Nobuyuki Ijichi, Masakazu Shimada and Takema Fukatsu (2002) «Genome fragment of Wolbachia endosymbiont transferred to X chromosome of host insect», Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 99 (22): 14280-14285". [8] (Free full article)
  • This article proposes using the presence or absence of a set of genes to infer phylogenies, in order to avoid confounding factors such as horizontal gene transfer. Snel B, Bork P, Huynen MA (1999) «Genome phylogeny based on gene content», Nature Genetics, 21(1) 66-67. [9]
  • Webfocus in Nature with free review articles [10]
  • Uprooting the Tree of Life by W. Ford Doolitte (Scientific American, February 2000, pp 72-77)

Примітки[ред.ред. код]

  1. Ochiai K, Yamanaka T, Kimura K, Sawada, O Inheritance of drug resistance (and its tranfer) between Shigella strains and Between Shigella and E. coli strains // Hihon Iji Shimpor, 1861 (1959) С. 34.
  2. Akiba T, Koyama K , Ishiki Y, Kimura S, Fukushima T On the mechanism of the development of multiple-drug-resistant clones of Shigella // Jpn. J. Microbiol., (April 1960) С. 219-27. — PMID:13681921.
  3. Syvanen Michael Cross-species gene transfer; implications for a new theory of evolution (PDF) // J. Theor. Biol., (January 1985) (2) С. 333-43. — DOI:10.1016/S0022-5193 (85) 80291-5. — PMID:2984477.
  4. Jain R,Rivera MC,Lake JA Horizontal gene transfer among genomes: the complexity hypothesis // Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.{sl volume}=96, (March 1999) (7) С. 3801-6. — DOI:10.1073/pnas.96.7.3801. — PMID:10097118.
  5. Rivera MC,Lake JA The ring of life provides evidence for a genome fusion origin of eukaryotes // Nature {sl volume}=431, (September 2004) (7005) С. 152-5. — DOI:10.1038/nature02848. — PMID:15356622.
  6. Bapteste E,Susko E,Leigh J,MacLeod D,Charlebois RL,Doolittle WF Do orthologous gene phylogenies really support tree-thinking? // BMC Evol.Biol.{sl volume}=5, (2005) (1) С. 33. — DOI:10.1186/1471-2148-5-33. — PMID:15913459.
  7. а б Mae-Wan Ho (1999).Cauliflower Mosaic Viral Promoter - A Recipe for Disaster? "Microbial Ecology in Health and Disease",<11 trp>:194-197. Reprint.Accessed 2008-06-09.
  8. http://www.nature.com/nature/journal/v464/n7293/full/nature08939.html A role for host-parasite interactions in the horizontal transfer of transposons across phyla
  9. Richardson, Aaron O. and Jeffrey D. Palmer Horizontal Gene Transfer in Plants // Journal of Experimental Botany, 58 (January 2007) С. pp. 1-9 [1]. — DOI:10.1093/jxb/erl148. — PMID:17030541. Процитовано 2007-03-18.
  10. Gogarten, Peter / confpage.cfm? confid = 10 & pageid = 105 & pgtype = 1 Horizontal Gene Transfer: A New Paradigm for Biology // Esalen Center for Theory and Research Conference, (2000). Процитовано 2007-03-18.

Ресурси Інтернету[ред.ред. код]