A horizontális vagy laterális géntranszfer az a jelenség, amikor élőlények géneket, genetikai információt adnak át egymásnak. A vertikális géntranszfer a szaporodás útján az utódoknak juttatott géneket jelenti, a horizontális géntranszfer esetében azonban az egyedek nem feltétlenül rokonok, sőt más fajhoz is tartozhatnak. A jelenség sok faj evolúciójában játszott fontos szerepet.
A legtöbb esetben a horizontális géntranszfer áll a baktériumok antibiotikum-rezisztenciájának hátterében,OECD, Safety Assessment of Transgenic Organisms, Volume 4: OECD Consensus Documents, 2010, pp.171-174 de így jelennek meg olyan baktériumok is, amelyek képesek lehetnek a természetben megjelenő új anyagok, például a peszticidek lebontására. A génátadás legtöbbször vírusok (bakteriofágok) vagy plazmidok részvételével zajlik. A gének fajok közötti átadása az egysejtű mikroorganizmusok esetében feltehetően sokkal gyakoribb, mint korábban gondolták, és lehetséges, hogy a genetikai információ megszerzésének domináns formája.
Elvileg az emberek által végzett génsebészet is a horizontális géntranszfer egyik formája.
Felfedezése A horizontális géntranszfert először 1951-ben írták le egy seattle-i közleményben, amikor kimutatták, hogy vírusgén bevitelével a diftéria kórokozója (Corynebacterium diphtheriae) virulenssé válhat. Egyúttal arra is fény derült, hogy a diftériabaktériummal megfertőzött betegek miért élhetnek hosszú ideig minden tünet nélkül, hogy aztán hirtelen kitörjön rajtuk a betegség.Phillip Marguilies "Epidemics: Deadly diseases throughout history". Rosen, New York. 2005. A baktériumok közötti génátadást elsőként Japánban ismerték fel, ahol 1959-ben megfigyelték az antibiotikum-rezisztencia egyik törzsről a másikra való átterjedését. A 80-as években felismerték, hogy a géntranszfernek nagy szerepe lehetett a földi élet kezdeti szakaszaiban. A 90-es és 2000-es években nyilvánvalóvá vált, hogy nem csak a prokarióták, hanem az egysejtű eukarióták törzsfejlődésében is jelentős szerepet játszott a fajok közötti génátadás.
A genetikailag módosított élelmiszernövények terjedésével felhívták a figyelmet, hogy erős, virális eredetű onkogének kerülhetnek az emberbe is, akár a baktériumok közvetítésével.
Mechanizmusa A gének átadására több módszer létezik: transzformáció: a baktériumok képesek a külvilágból hosszabb DNS vagy RNS molekulákat felvenni és azt beépíteni a saját genomjukba.Stearns, S. C., & Hoekstra, R. F. (2005). Evolution: An introduction (2nd ed.). Oxford, NY: Oxford Univ. Press. pp. 38-40. A jelenség a természetben is előfordul, de a laboratóriumokban is rendszeresen alkalmazzák genetikailag módosított baktériumok létrehozásánál. Az eukariótákra nem jellemző. transzdukció: ebben az esetben a bakteriális DNS egy része az őt megfertőző vírus (bakteriofág) kapszidjába csomagolódik be, majd az megfertőz egy másik baktériumot, átadva neki az eredeti DNS-darabot. konjugáció (átmeneti egyesülés): az F-plazmid képes elindítani egy folyamatot (amelyet sokszor a baktériumok szexuális szaporodásának neveznek), amelyben az egyik baktérium összekapcsolódik egy társával és átadja neki lemásolt genomjának egy példányát. géntranszferáló elemek: egyes baktériumok (Rhodobacterales rend) bakteriofágszerű részecskéket termelnek, amelyek képesek DNS-átvitelre.
A sejten belül néha a transzpozonok (ugráló gének) képesek egy szomszédos gént magukkal ragadni és átvinni egy másik kromoszómára vagy plazmidra. Génátadás az egyes csoportokban Vírusok Az amőbák vírusaihoz tartozik a nagy méretű Mimivirus, valamint a Szputnyik virofág. Utóbbi önmagában szaporodásképtelen, aktív mimivírus-fertőzés szükséges a reprodukciójához. 13 génje közül három a Mimivirus és a hasonló Mamavirus bizonyos génjeinek közeli rokona, feltehetőleg tőlük szerezte valamikor a régmúltban. A vírusok gazdaszervezeteitől is beszerezhetnek géneket, mint a geminivírus és a dohány, vagy a Rous-szarkómavírus és a csirke esetében.
Prokarióták A baktériumok körében viszonylag gyakori a géncsere, akár nagyon távoli rokon fajok között is. Az antibiotikum-rezisztencia gyors terjedésének ez az egyik oka. A napjainkban felbukkanó, szinte valamennyi gyógyszerrel szemben ellenálló Staphylococcus aureus törzsek is így jöttek létre és a felelőtlenül használt antibiotikumok okozta erős szelekció biztosította elterjedésüket. A baktériumok horizontális géntranszferrel virulenciafaktorokat (exotoxinok vagy exoenzimek génjeit) is beszerezhetnek. Az Escherichia coli így kapta meg a Shigelláktól a Shiga toxin génjét. Eukarióták Az eukarióta sejtekben található mitokondriumok és kloroplasztiszok valamikor önálló baktériumok voltak. Eredeti génjeik nagy része mára átkerült a sejtmagban található kromoszómákba. A Saccharomyces cerevisiae élesztőgomba genomjában bakteriális géneket találtak. A tehénborsó-zsizsik (Callosobruchus chinensis) endoparazitájától, a Wolbachia baktériumtól szerzett be géneket. A Rafflesiaceae családba tartozó trópusi parazita növények gazdanövényeiktől kapták meg mitokondriális DNS-ük egyes darabjait. A bab (Phaseolus) mitokondriális génjei között ismeretlen eredetű kloroplasztisz-DNS fragmentumokra bukkantak. A parazita vajvirágfélékhez tartozó Striga hermonthica egyik ismeretlen funkciójú génje gazdanövénye, a cirok (Sorghum bicolor) kromoszómáiból került át. A borsótetűnek (Acyrthosiphon pisum) több, gombáktól származó génje van, ez az egyetlen ismert állat, amelyik karotinoidot képes termelni. A malária kórokozója, a Plasmodium vivax az emberből szerzett olyan genetikai információt, amely segítheti a testben való hosszas tartózkodását. A kávészú (Hypothenemus hampei) HhMAN1 génje bakteriális jellegű és feltételezik, hogy a bélcsatornájában élő mikroorganizmusoktól származik. A páfrányokban található egy moha eredetű gén, amely segíti a sötét erdőkben való túlélést. Becslések szerint 180 millió évvel ezelőtt történt a géncsere. Egy felmérés szerint az ember kb. 20 ezer génje közül mintegy 100 idegen eredetű. A kerekesférgek Bdelloidea családjában a bakteriális eredetű gének száma eléri a 8%-ot.
Evolúciós jelentősége A horizontális géntranszfer miatt félrevezető lehet egyetlen gén alapján leszármazási grafikonokat szerkeszteni.Graham Lawton Why Darwin was wrong about the tree of life New Scientist Magazine issue 2692 21 January 2009 Accessed February 2009 Ha például két, egyébként távoli rokon baktériumtörzset olyan DNS-szakasz alapján hasonlítanak össze, amelyet átadtak egymásnak, akkor közelinek fognak tűnni, még akkor is ha többi génjük egyáltalán nem hasonlít. Ezért a megbízható rokonsági fák a lehető legtöbb gént kell, hogy összevessék. Korábban a prokarióták rokonsági viszonyainak meghatározására a riboszomális RNS nukleotidsorrendjét használták, mert kellően konzervatívnak, de valamennyire mégis variábilisnek vélték. Újabban azonban felmerült, hogy nem lehet kizárni az rRNS-gén atadását és újra kellene értékelni a rokonsági viszonyokat. Sőt, a Darwin óta megszokott életfák helyett inkább hálózatos ábrákat kellene bevezetni a fajok közötti leszármazási kapcsolatok szemléltetésére. A génátadás miatt lehetséges, hogy nem is létezett az élet korai formáit kutató biológusok által feltételezett "legutolsó közös ős", egy olyan életforma, amely a mai élővilág három nagy ágának (eukarióták, baktériumok és archeák) minden korai génjét tartalmazta. Minden génnek megvan a maga története, ami nem feltétlenül azonos a hordozó faj történetével.
Jegyzetek
Fordítás
Kategória:Genetika Kategória:Evolúció