Des del descobriment d'un fenomen com la transferència horitzontal de gens, és a dir, no de pares a fills, tot el món viu del nostre planeta s'ha representat com un sistema d'informació únic. I en aquest sistema es fa possible agafar en préstec una invenció evolutiva reeixida d'una espècie per una altra. Què és la transferència de gens vertical i horitzontal, quins són els mecanismes d'aquest procés i exemples en el món orgànic? Tot això és l'article.
Gens veïns
Tothom sap que obtenim els nostres gens dels nostres pares. I són dels seus pares. Aquesta és la transferència vertical. I si de sobte es produeix una mutació que resulta útil per a la supervivència o l'adaptació i s'assenta al genoma de la població, aleshores l'espècie obtindrà avantatges en la lluita per l'existència.
Al mateix temps, una persona té els seus propis gens,els pugons tenen els seus, i els taurons els seus. És gairebé impossible que es trobin entre espècies. Però de vegades passa: això és una transferència de gens horitzontal.
Això és el que fa l'enginyeria genètica moderna. Els organismes modificats genèticament són el resultat d'aquesta transferència de gens (per exemple, el tardígrad lluminós de la foto de d alt). Però a la natura, aquest fenomen ha existit durant molt de temps.
El cor de la qüestió
La transferència de gens vertical és el fenomen de la transferència de material hereditari de les formes parentals a organismes fills.
La transferència de gens horitzontal és una situació natural de transferència de gens d'un organisme adult a un altre. Al mateix temps, existeixen objectivament dos organismes i, de vegades, pertanyen a espècies biològiques diferents.
Un exemple de transferència horitzontal de gens en bacteris és la transferència de gens de resistència d'una soca bacteriana a una altra.
Condicions necessàries
Per entendre aquest fenomen, cal conèixer les condicions en què en principi aquesta transferència és possible, a saber:
- Cal tenir un intermediari per al "transport" de gens d'una cèl·lula a una altra, d'un organisme a un altre.
- Hi ha d'haver un mecanisme molecular que permeti inserir gens estrangers al conjunt de gens de l'amfitrió.
Els retrovirus i altres transposons (elements d'ADN) poden complir aquestes condicions. I són precisament aquests mètodes de transferència horitzontal de gens els que l'enginyeria genètica ha adoptat avui.
Tot i queAvui només s'estan estudiant els mecanismes d'aquesta transferència de gens; a més dels virus, aquesta transferència també es pot produir amb l'ajuda de seccions lliures d'àcids desoxiribonucleics (transposons), que entren al cos mitjançant una simple introducció o amb organismes paràsits. Aquest últim pot canviar no només l'aparell genètic de l'hoste, sinó també el seu lloc ecològic en el sistema de biocenosi.
Fons
Va ser la transferència de gens de resistència als antibiòtics entre diferents soques bacterianes que es va descriure per primera vegada al Japó el 1959.
Ja a mitjans de la dècada de 1990, els biòlegs moleculars van demostrar que la transferència horitzontal de gens en procariotes i eucariotes estava implicada en el desenvolupament evolutiu de la vida al nostre planeta.
L'any 2010 es va publicar un estudi del professor Cedric Feschott, que presentava una anàlisi del genoma dels micos zarigües i saimiri. Van ser mossegats per una mena d'insectes. En els genomes dels mamífers, s'ha trobat un transpozoó que té un 98% d'identitat amb els insectes. Per a la vostra informació, aquests insectes mosseguen no només micos i zarigües.
A partir d'ara, la hipòtesi de la transferència horitzontal de gens entre diferents dominis dels organismes s'ha convertit en un nou paradigma de la biologia.
errors de colors
I si la transferència horitzontal de gens en bacteris durant els darrers 30 anys no ha generat dubtes entre els biòlegs, aleshores la seva possibilitat en organismes pluricel·lulars ha plantejat moltes preguntes. Va ser llavors quan l'atenció dels biòlegs va ser atreta pel pugó comú, en el qualhi ha individus amb color verd i vermell del cos.
Una anàlisi dels pigments que donen color als individus vermells va revelar la presència de carotenoides, pigments vegetals. D'on van obtenir els pugons els gens exclusius dels organismes vegetals? Avui en dia, seqüenciar el genoma de l'insecte és una qüestió bastant senzilla per als investigadors. Així és com es va descobrir que els gens dels pugons responsables de la síntesi del pigment vermell són completament idèntics als d'alguns fongs que parasiten al cos dels pugons sense causar cap dany visible.
El més probable és que a l'alba de l'evolució dels pugons (fa uns 80 milions d'anys) hi va haver una fallada en la màquina genètica i els gens dels fongs es van incorporar al genoma de l'insecte.
Evolució i biodiversitat
Tota la sistemàtica filogenètica del món orgànic es basa en el concepte de divergència de Darwin. La seva essència és la següent: tan bon punt es produeix l'aïllament reproductiu entre poblacions d'una espècie, podem parlar del procés d'especiació. I ja dues espècies continuen evolucionant a partir de la selecció natural i mutacions aleatòries.
El descobriment de la transferència de gens horitzontal entre espècies i tàxons més grans només va demostrar que en un període espai-temps tan curt (4.000 milions d'anys), la matèria viva del nostre planeta podria passar de formes unicel·lulars a multicel·lulars altament organitzades.
Així, tota la biota del planeta es converteix en un únic laboratori per a la creació de nous trets hereditaris, i és el moviment horitzontal dels genspodria accelerar i continua accelerant significativament el procés evolutiu.
Demanem en préstec alguns gens
L'any 2015, el genetista Alistair Crisp de Cambridge (Regne Unit) va estudiar els genomes de 12 espècies de mosques de la fruita Drosophila, 4 espècies de cucs rodons i 10 espècies de primats (un dels quals és humà). El científic estava buscant seccions "extraterrestres" d'ADN.
Els resultats de la investigació han confirmat la presència de 145 regions en els genomes que són el resultat de la transferència horitzontal de gens en eucariotes.
Alguns d'aquests gens estan implicats en el metabolisme de proteïnes i lípids, l' altre - en les respostes immunitàries. El més important, va ser possible identificar probables donants d'aquests gens. Van resultar ser protistes (els eucariotes més simples), bacteris (procariotes) i fongs.
I nos altres
Ja se sap de manera fiable que a través de la transferència horitzontal de gens en humans, van aparèixer els gens responsables dels grups sanguinis AB0.
La majoria de les proves d'aquesta transferència de gens en primats són d'origen molt antic, que es remunten a un avantpassat comú amb altres cordats.
Segons estudis recents, la formació de la placenta en humans també és responsable del gen del virus, que es va capturar en algun lloc als albors de la formació d'animals placentaris.
Els resultats de la seqüenciació del genoma humà van demostrar que conté al voltant d'un 8% de peces de genomes virals, que s'anomenen "gens adormits".
L'era dels mutants
Aquí estemel tema de les històries de terror amb què espanten els activistes verds. Què passa si aquests gens "dormints" s'encenen? O és que una paparra mossega una persona i li introdueix algun tipus d'horror al seu genoma? O mengem soja modificada genèticament i ens convertim en mutants? Però al cap i a la fi, durant 4.000 milions d'anys, la biodiversitat del planeta només ha augmentat, i tu i jo encara som una mica com les balenes, com els pugons són com els bolets. Per què?
En primer lloc, el mecanisme de transferència horitzontal existeix a la natura mentre existeixi la vida mateixa. I en l'exemple dels pugons, és perfectament clar que aquesta transferència de gens estava dirigida precisament a augmentar l'adaptabilitat dels organismes a les condicions ambientals (els vermells són menys visibles en determinades parts de les plantes). I els enginyers genètics en aquest sentit no van plantejar res de nou. Els tomàquets amb gens de peixos àrtics han augmentat la tolerància al fred, cosa que els permet conrear a les regions del nord.
En segon lloc, malgrat la possibilitat de transferència genètica, encara no hem observat la unificació (uniformitat) del genoma de tots els organismes vius del planeta. L'estabilitat del sistema biològic, que és la cèl·lula i l'organisme, és prou alta com per limitar la transferència ineficient de gens. Però al mateix temps, aquesta transferència és l'eina de l'evolució biològica, que condueix a la biodiversitat. Així que no passarà gaire abans que els óssos semblin estels i els gossos semblin camaleons.
