Seit der Entdeckung eines solchen Phänomens wie dem horizontalen Gentransfer, nämlich nicht von den Eltern auf die Nachkommen, wird die gesamte belebte Welt auf unserem Planeten als ein einziges Informationssystem dargestellt. Und in diesem System wird es möglich, eine erfolgreiche evolutionäre Erfindung einer Spezies von einer anderen auszuleihen. Was ist vertikaler und horizontaler Gentransfer, was sind die Mechanismen dieses Prozesses und Beispiele in der organischen Welt - all dies ist der Artikel.
Nachbargene
Jeder weiß, dass wir unsere Gene von unseren Eltern bekommen. Und sie sind von ihren Eltern. Dies ist die vertikale Übertragung. Und wenn plötzlich eine Mutation auftritt, die sich als überlebens- oder anpassungsfähig herausstellt und im Erbgut der Population Fuß fasst, gewinnt die Art Vorteile im Kampf ums Dasein.
Gleichzeitig hat eine Person ihre eigenen Gene,Blattläuse haben ihre eigenen und Haie haben ihre eigenen. Es ist für sie fast unmöglich, zwischen Arten zu gelangen. Aber manchmal passiert es - das ist horizontaler Gentransfer.
Das leistet die moderne Gentechnik. Gentechnisch veränderte Organismen sind das Ergebnis eines solchen Gentransfers (zum Beispiel das leuchtende Bärtierchen auf dem Foto oben). Aber in der Natur gibt es dieses Phänomen schon lange.
Der Kern der Sache
Vertikaler Gentransfer ist das Phänomen der Übertragung von Erbmaterial von Elternformen auf Tochterorganismen.
Horizontaler Gentransfer ist eine natürliche Situation der Übertragung von Genen von einem erwachsenen Organismus auf einen anderen. Gleichzeitig existieren objektiv zwei Organismen, und manchmal gehören sie zu verschiedenen biologischen Arten.
Ein Beispiel für horizontalen Gentransfer bei Bakterien ist die Übertragung von Resistenzgenen von einem Bakterienstamm auf einen anderen.
Notwendige Bedingungen
Um dieses Phänomen zu verstehen, muss man die Bedingungen kennen, unter denen eine solche Übertragung prinzipiell möglich ist, nämlich:
- Es ist notwendig, einen Vermittler für den "Transport" von Genen von einer Zelle zur anderen, von einem Organismus zum anderen zu haben.
- Es muss einen molekularen Mechanismus geben, der es ermöglicht, fremde Gene in den Gensatz des Wirts einzufügen.
Diese Bedingungen können durchaus von Retroviren und anderen Transposons (DNA-Elementen) erfüllt werden. Und genau solche Methoden des horizontalen Gentransfers hat sich die Gentechnik heute zu eigen gemacht.
ObwohlHeute werden die Mechanismen eines solchen Gentransfers nur untersucht, neben Viren kann ein solcher Transfer auch mit Hilfe freier Abschnitte von Desoxyribonukleinsäuren (Transposoons), die durch einfaches Einbringen in den Körper gelangen, oder mit parasitären Organismen erfolgen. Letzteres kann nicht nur den genetischen Apparat des Wirts verändern, sondern auch seinen ökologischen Platz im System der Biozönose.
Hintergrund
Es war die Übertragung von Antibiotikaresistenzgenen zwischen verschiedenen Bakterienstämmen, die erstmals 1959 in Japan beschrieben wurde.
Bereits Mitte der 1990er Jahre bewiesen Molekularbiologen, dass der horizontale Gentransfer bei Prokaryoten und Eukaryoten an der evolutionären Entwicklung des Lebens auf unserem Planeten beteiligt war.
Im Jahr 2010 wurde eine Studie von Professor Cedric Feschott veröffentlicht, die eine Analyse des Genoms der Opossum- und Saimiri-Affen vorstellte. Sie wurden von einer Art Käfer gebissen. In den Genomen von Säugetieren wurde ein Transpozoon gefunden, das zu 98 % mit Insekten identisch ist. Zu Ihrer Information, diese Käfer beißen nicht nur Affen und Opossums.
Von nun an ist die Hypothese des horizontalen Gentransfers zwischen verschiedenen Domänen von Organismen zu einem neuen Paradigma der Biologie geworden.
Bunte Käfer
Und wenn der horizontale Gentransfer in Bakterien in den letzten 30 Jahren unter Biologen keine Zweifel geweckt hat, dann hat seine Möglichkeit in vielzelligen Organismen viele Fragen aufgeworfen. Damals wurde die Aufmerksamkeit der Biologen auf die gemeine Blattlaus gelenkt, in deres gibt Individuen mit grüner und roter Körperfarbe.
Eine Analyse der Pigmente, die roten Individuen Farbe verleihen, ergab das Vorhandensein von Carotinoiden – Pflanzenpigmenten. Woher haben Blattläuse Gene, die einzigartig für Pflanzenorganismen sind? Heute ist die Sequenzierung des Insektengenoms für Forscher eine ziemlich einfache Angelegenheit. So wurde entdeckt, dass die Gene von Blattläusen, die für die Synthese des roten Farbstoffs verantwortlich sind, völlig identisch mit denen einiger Pilze sind, die im Körper von Blattläusen parasitieren, ohne sichtbaren Schaden anzurichten.
Höchstwahrscheinlich gab es zu Beginn der Blattlausentwicklung (vor etwa 80 Millionen Jahren) einen Fehler in der genetischen Maschine und die Pilzgene wurden in das Insektengenom eingebaut.
Evolution und Biodiversität
Alle phylogenetischen Systematik der organischen Welt basiert auf Darwins Konzept der Divergenz. Seine Essenz ist wie folgt: Sobald es zwischen Populationen einer Art zu einer reproduktiven Isolation kommt, können wir vom Speziationsprozess sprechen. Und bereits zwei Arten entwickeln sich basierend auf natürlicher Selektion und zufälligen Mutationen weiter.
Die Entdeckung des horizontalen Gentransfers zwischen Arten und größeren Taxa bewies nur, dass in einer so kurzen Raumzeitperiode (4 Milliarden Jahre) lebende Materie auf unserem Planeten von einzelligen Formen zu hoch organisierten vielzelligen Formen übergehen konnte.
So wird die gesamte Biota des Planeten zu einem einzigen Labor für die Schaffung neuer erblicher Merkmale, und es ist die horizontale Bewegung von Genenkonnte und wird den Evolutionsprozess erheblich beschleunigen.
Lass uns ein paar Gene ausleihen
Im Jahr 2015 untersuchte der Genetiker Alistair Crisp aus Cambridge (UK) die Genome von 12 Arten von Fruchtfliegen Drosophila, 4 Arten von Spulwürmern und 10 Arten von Primaten (eine davon ist ein Mensch). Der Wissenschaftler suchte nach "fremden" DNA-Abschnitten.
Forschungsergebnisse haben das Vorhandensein von 145 Regionen in den Genomen bestätigt, die das Ergebnis des horizontalen Gentransfers in Eukaryoten sind.
Einige dieser Gene sind am Stoffwechsel von Proteinen und Lipiden beteiligt, die anderen - an Immunantworten. Vor allem war es möglich, mögliche Spender dieser Gene zu identifizieren. Sie entpuppten sich als Protisten (die einfachsten Eukaryoten), Bakterien (Prokaryoten) und Pilze.
Was ist mit uns
Es ist bereits zuverlässig bekannt, dass durch horizontalen Gentransfer beim Menschen die für die Blutgruppe AB0 verantwortlichen Gene entstanden sind.
Die meisten Beweise für einen solchen Gentransfer bei Primaten sind sehr alten Ursprungs und gehen auf einen gemeinsamen Vorfahren mit anderen Chordatieren zurück.
Neueren Studien zufolge ist die Bildung der Plazenta beim Menschen auch für das Gen des Virus verantwortlich, das irgendwo zu Beginn der Bildung von Plazenta-Tieren eingefangen wurde.
Die Ergebnisse der Sequenzierung des menschlichen Genoms zeigten, dass es etwa 8% Teile des viralen Genoms enthält, die als "schlafende Gene" bezeichnet werden.
Das Zeit alter der Mutanten
Hier kommen wir dazudas Thema Gruselgeschichten, mit denen grüne Aktivisten erschrecken. Was, wenn diese „schlafenden“Gene angehen? Oder beißt eine Zecke einen Menschen und zieht eine Art Horror in sein Genom? Oder essen wir gentechnisch veränderte Sojabohnen und werden zu Mutanten? Aber immerhin hat sich die Biodiversität auf dem Planeten seit 4 Milliarden Jahren nur erhöht, und Sie und ich sind immer noch ein bisschen wie Wale, wie Blattläuse wie Pilze sind. Warum ist das so?
Erstens existiert der Mechanismus des horizontalen Transfers in der Natur, solange es Leben gibt. Und am Beispiel der Blattläuse ist völlig klar, dass ein solcher Gentransfer gerade darauf abzielte, die Anpassungsfähigkeit von Organismen an Umweltbedingungen zu erhöhen (rote Blattläuse sind an bestimmten Pflanzenteilen weniger sichtbar). Und Gentechniker in diesem Sinne haben sich nichts Neues einfallen lassen. Tomaten mit arktischen Fischgenen haben eine erhöhte Kältetoleranz, wodurch sie in nördlichen Regionen angebaut werden können.
Zweitens haben wir trotz der Möglichkeit des genetischen Transfers noch keine Vereinheitlichung (Einheitlichkeit) des Genoms aller lebenden Organismen auf dem Planeten beobachtet. Die Stabilität des biologischen Systems, also der Zelle und des Organismus, ist hoch genug, um einen ineffizienten Gentransfer zu begrenzen. Aber gleichzeitig ist dieser Transfer das Werkzeug der biologischen Evolution, die zur Biodiversität führt. Es wird also nicht mehr lange dauern, bis Bären wie Milane und Hunde wie Chamäleons aussehen.
