Od otkrića takvog fenomena kao što je horizontalni transfer gena, odnosno ne sa roditelja na potomstvo, čitav živi svijet na našoj planeti je predstavljen kao jedinstven informacioni sistem. I u ovom sistemu postaje moguće pozajmiti uspješan evolucijski izum jedne vrste od druge. Šta je vertikalni i horizontalni transfer gena, koji su mehanizmi ovog procesa i primjeri u organskom svijetu - sve je to članak.
Susedski geni
Svi znaju da gene dobijamo od roditelja. I oni su od svojih roditelja. Ovo je vertikalni prijenos. A ako se iznenada dogodi mutacija koja se pokaže korisnom za preživljavanje ili adaptaciju, i zadobije uporište u genomu populacije, tada će vrsta steći prednosti u borbi za postojanje.
U isto vrijeme, osoba ima svoje gene,lisne uši imaju svoje, a ajkule svoje. Gotovo im je nemoguće da se prebace između vrsta. Ali ponekad se desi - ovo je horizontalni transfer gena.
Ovo radi moderni genetski inženjering. Genetski modificirani organizmi su rezultat takvog prijenosa gena (na primjer, svjetleći tardigrad na gornjoj fotografiji). Ali u prirodi, ovaj fenomen postoji dugo vremena.
Srština stvari
Vertikalni transfer gena je fenomen prijenosa nasljednog materijala sa roditeljskih oblika na organizme kćeri.
Horizontalni prijenos gena je prirodna situacija prijenosa gena iz jednog odraslog organizma u drugi. Istovremeno, dva organizma objektivno postoje, a ponekad pripadaju različitim biološkim vrstama.
Primjer horizontalnog prijenosa gena u bakterijama je prijenos gena otpornosti s jedne bakterijske vrste na drugu.
Neophodni uslovi
Za razumijevanje ovog fenomena potrebno je poznavati uslove pod kojima je takav prijenos u principu moguć, i to:
- Potrebno je imati posrednika za "transport" gena iz jedne ćelije u drugu, iz jednog organizma u drugi.
- Mora postojati molekularni mehanizam koji bi omogućio da se strani geni ubace u skup gena domaćina.
Ove uslove mogu ispuniti retrovirusi i drugi transpozoni (DNK elementi). A upravo takve metode horizontalnog transfera gena je danas usvojio genetski inženjering.
IakoDanas se mehanizmi takvog prijenosa gena samo proučavaju, a osim virusa, do takvog prijenosa može doći i uz pomoć slobodnih dijelova dezoksiribonukleinskih kiselina (transposona), koji ulaze u organizam jednostavnim unošenjem ili parazitskim organizmima. Ovo posljednje može promijeniti ne samo genetski aparat domaćina, već i njegovo ekološko mjesto u sistemu biocenoze.
Pozadina
To je bio prijenos gena otpornosti na antibiotike između različitih bakterijskih sojeva koji je prvi put opisan u Japanu 1959.
Već sredinom 1990-ih, molekularni biolozi su dokazali da je horizontalni prijenos gena kod prokariota i eukariota bio uključen u evolucijski razvoj života na našoj planeti.
U 2010. godini objavljena je studija profesora Cedrica Feschotta, koja je predstavila analizu genoma oposuma i saimiri majmuna. Ujela ih je jedna vrsta bube. U genomima sisara pronađen je transpozoon koji ima 98% identiteta sa insektima. Za vašu informaciju, ove bube ne grizu samo majmune i oposume.
Od sada, hipoteza horizontalnog transfera gena između različitih domena organizama postala je nova paradigma biologije.
Šarene bube
I ako horizontalni transfer gena u bakterijama u posljednjih 30 godina nije izazvao sumnje među biolozima, onda je njegova mogućnost u višećelijskim organizmima pokrenula mnoga pitanja. Tada je pažnju biologa privukla obična lisna uš, u kojojpostoje jedinke sa zelenom i crvenom bojom tela.
Analiza pigmenata koji daju boju crvenim jedinkama otkrila je prisustvo karotenoida - biljnih pigmenata. Odakle lisnim ušima geni koji su jedinstveni za biljne organizme? Danas je sekvencioniranje genoma insekata prilično jednostavna stvar za istraživače. Tako je otkriveno da su geni lisnih uši odgovorni za sintezu crvenog pigmenta potpuno identični onima nekih gljivica koje parazitiraju u tijelu lisnih uši bez ikakve vidljive štete.
Najvjerovatnije, u zoru evolucije lisnih uši (prije oko 80 miliona godina) došlo je do kvara u genetskoj mašini i geni gljivica su ugrađeni u genom insekata.
Evolucija i biodiverzitet
Sva filogenetska sistematika organskog svijeta zasniva se na Darwinovom konceptu divergencije. Njegova suština je sljedeća: čim dođe do reproduktivne izolacije između populacija vrste, možemo govoriti o procesu specijacije. I već dvije vrste nastavljaju da evoluiraju na osnovu prirodne selekcije i slučajnih mutacija.
Otkriće horizontalnog transfera gena između vrsta i većih taksona samo je dokazalo da bi u tako kratkom prostorno-vremenskom periodu (4 milijarde godina) živa materija na našoj planeti mogla preći iz jednoćelijskih oblika u visokoorganizovane višećelijske forme.
Tako cela biota planete postaje jedinstvena laboratorija za stvaranje novih naslednih osobina, a to je horizontalno kretanje genamogao i nastavlja značajno ubrzati evolucijski proces.
Pozajmimo neke gene
U 2015. genetičar Alistair Crisp iz Cambridgea (UK) proučavao je genome 12 vrsta voćnih mušica Drosophila, 4 vrste okruglih crva i 10 vrsta primata (od kojih je jedna čovjek). Naučnik je tražio "vanzemaljske" dijelove DNK.
Rezultati istraživanja su potvrdili prisustvo 145 regiona u genomima koji su rezultat horizontalnog transfera gena kod eukariota.
Neki od ovih gena su uključeni u metabolizam proteina i lipida, drugi - u imunološke odgovore. Što je najvažnije, bilo je moguće identificirati vjerovatne donore ovih gena. Ispostavilo se da su to protisti (najjednostavniji eukarioti), bakterije (prokarioti) i gljive.
Šta je sa nama
Već je pouzdano poznato da su se horizontalnim transferom gena kod ljudi pojavili geni odgovorni za krvne grupe AB0.
Većina dokaza za takav prijenos gena kod primata je vrlo drevnog porijekla, koji datira još od zajedničkog pretka sa drugim hordatima.
Prema nedavnim studijama, formiranje placente kod ljudi je takođe odgovorno za gen virusa, koji je uhvaćen negdje u zoru formiranja placentalnih životinja.
Rezultati sekvenciranja ljudskog genoma pokazali su da on sadrži oko 8% dijelova virusnih genoma, koji se nazivaju "geni za spavanje".
The Age of Mutants
Evo nastema horor priča kojima plaše zeleni aktivisti. Šta ako se ovi "uspavani" geni uključe? Ili je krpelj ugrizao osobu i uvlačio neku vrstu užasa u njegov genom? Ili jedemo genetski modificiranu soju i postajemo mutanti? Ali na kraju krajeva, za 4 milijarde godina, biodiverzitet na planeti se samo povećavao, a ti i ja smo još uvijek pomalo kao kitovi, kao što su lisne uši kao gljive. Zašto?
Prvo, mehanizam horizontalnog transfera postoji u prirodi sve dok postoji sam život. A na primjeru lisnih uši, sasvim je jasno da je takav prijenos gena bio usmjeren upravo na povećanje prilagodljivosti organizama na uvjete okoline (crvene su manje vidljive na pojedinim dijelovima biljaka). A genetski inženjeri u tom smislu nisu smislili ništa novo. Paradajz sa genima arktičke ribe ima povećanu otpornost na hladnoću, što im omogućava da se uzgajaju u severnim regionima.
Drugo, uprkos mogućnosti genetskog transfera, još uvek nismo primetili ujedinjenje (uniformitet) genoma svih živih organizama na planeti. Stabilnost biološkog sistema, a to su ćelija i organizam, dovoljno je visoka da ograniči neefikasan transfer gena. Ali u isto vrijeme, upravo je ovaj prijenos oruđe biološke evolucije, koja vodi biološkoj raznolikosti. Tako da neće proći dugo dok medvjedi izgledaju kao zmajevi, a psi kao kameleoni.
