- Què és la transferència horitzontal de gens?
- mecanismes
- conjugació
- transformació
- transducció
- exemples
- La transferència horitzontal de gens en l'evolució
- referències
La transferència horitzontal de gens o transferència lateral de gens és l'intercanvi de material genètic entre organismes, que no passa de pares a fills. Aquest esdeveniment té lloc entre individus d'una mateixa generació i pot ocórrer en éssers unicel·lulars o pluricel·lulars.
La transferència horitzontal passa mitjançant tres mecanismes principals: la conjugació, la transformació i la transducció. En el primer tipus, és possible l'intercanvi de llargs fragments d'ADN, mentre que en els dos últims la transferència es veu restringida a petits segments de l'material genètic.
Un bacteri. La THG és comú en aquests organismes. font pixabay.com
El concepte oposat és la transferència vertical de gens, on la informació genètica passa d'un organisme a la seva descendència. Aquest procés està àmpliament difós en els eucariotes, com les plantes i els animals. En contrast, la transferència horitzontal és comú en els microorganismes.
En els eucariotes, la transferència horitzontal no és tan comú. No obstant això, hi ha evidència d'intercanvi d'aquest fenomen, incloent l'ancestre dels humans, que van obtenir certs gens per mitjà de virus.
Què és la transferència horitzontal de gens?
Durant la reproducció, els organismes eucariotes passen els seus gens des d'una generació a la seva descendència (fills) en un procés conegut com a transferència vertical de gens. Els procariotes també realitzen aquest pas, però mitjançant la reproducció asexual pel fenomen de fissió o altres mecanismes.
No obstant això, en els procariotes hi ha una altra manera d'intercanvi de material genètic anomenada transferència horitzontal de gens. Aquí, els fragments d'ADN són intercanviats entre organisme de la mateixa generació i pot passar d'una espècie a una altra.
La transferència horitzontal és relativament comú entre els bacteris. Prenguem l'exemple dels gens que causen resistència als antibiòtics. Aquests importants fragments d'ADN són transferits amb normalitat entre bacteris d'espècies diferents.
Dit mecanismes suposa complicacions mèdiques significatives a l'hora de tractar infeccions.
mecanismes
Hi ha tres mecanismes fonamentals pels quals es poden intercanviar ADN mitjançant transferència horitzontal. Aquests són la conjugació, la transformació i la transducció.
conjugació
La transferència de gens per mitjà de conjugació és l'únic tipus que involucra contacte directe entre les dues bacteris.
No obstant això, no s'ha de comparar amb intercanvi de gens mitjançant la reproducció sexual (on usualment hi ha un contacte entre els organismes involucrats), ja que el procés és molt diferent. Dins de les diferències principals està l'absència de meiosi.
Durant la conjugació, el pas de l'material genètic d'un bacteri a un altre es realitza per mitjà d'un contacte físic establert per una estructura anomenada pili. Aquest funciona com un pont de connexió, per on passa l'intercanvi.
Encara que els bacteris no es diferencien en sexes, es coneix com "masculina" a l'organisme que porta un petit ADN circular conegut com a factor F (f de fertilitat). Aquestes cèl·lules són els donadors durant la conjugació, i passen el material a una altra cèl·lula que no té el factor.
L'ADN de l'factor F consta d'uns 40 gens, que controlen la replicació de l'factor sexual i la síntesi de l'pili sexual.
Les primeres evidència el procés de conjugació vénen dels experiments de Lederberg i Tatum, però va ser Bernard Davis qui finalment va demostrar que el contacte era necessari per a la transferència.
transformació
La transformació involucra la presa d'una molècula d'ADN nua que es troba en l'ambient proper a un bacteri receptora. Aquest fragment d'ADN prové d'un altre bacteri.
El procés es pot dur a terme de manera natural, ja que les poblacions de bacteris normalment pateixen transformació. De la mateixa manera, la transformació pot ser simulada al laboratori per forçar als bacteris a prendre un ADN d'interès que es troba a l'exterior.
Teòricament, qualsevol fragment d'ADN pot ser pres. No obstant això, s'ha observat que el procés involucra molècules petites.
transducció
Finalment, el mecanisme de transducció ocorre per mitjà d'un fag (virus) que porta ADN des d'un bacteri donadora a una receptora. A l'igual que el cas anterior, la quantitat d'ADN transferit és relativament petita, ja que la capacitat de virus de portar ADN és limitada.
Usualment, aquest mecanisme està restringit bacteris properes filogenèticament, ja que el virus que porta l'ADN ha de unir-se a receptors específics del bacteri per poder injectar el material.
exemples
Les endonucleases són enzims que posseeixen la capacitat de trencar els enllaços fosfodiéster dins d'una cadena de polinucleòtids, des de l'interior - per això es coneixen com a "endo". Aquests enzims no tallen en qualsevol lloc, tenen llocs específics per fer-ho, denominats llocs de restricció.
Les seqüència aminoacídica per els enzims EcoRI (en E. coli) i RSRI (en Rhodobacter sphaeroides) posseeixen una seqüència de quasi 300 residus d'aminoàcids, que són 50% idèntics entre si, el que clarament indica un parentiu evolutiu proper.
No obstant això, gràcies a l'estudi d'altres característiques moleculars i bioquímiques, aquestes dues bacteris són molt diferents i estan molt poc relacionades des del punt de vista filogenètic.
A més, el gen que codifica per l'enzim EcoRI fa servir codons molt específics que són diferents als que normalment utilitza E. coli, per la qual cosa se sospita que el gen no es va originar en aquest bacteri.
La transferència horitzontal de gens en l'evolució
L'any 1859, el naturalista britànic Charles Darwin va revolucionar les ciències biològiques amb la seva teoria d'evolució per mitjà de la selecció natural. En el seu llibre icònic, L'origen de les espècies, Darwin proposa la metàfora de l'arbre de la vida per a il·lustrar les relacions genealògiques existents entre les espècies.
Avui dia, les filogènies són una representació formal d'aquesta metàfora, on s'assumeix que la transmissió de la informació genètica ocorre de manera vertical - de pares a fills.
Aquesta visió la podem aplicar sense major inconvenient als organismes pluricel·lulars i obtindrem un patró ramificat, tal com Darwin planteja.
No obstant això, aquesta representació de branques sense fusions és difícil d'aplicar als microorganismes. A l'comparar els genomes de diferents procariotes, queda clar que hi ha una extensa transferència de gens entre llinatges.
Així, el patró de relacions s'assembla més a una xarxa, amb branques connectades i fusionades entre si, gràcies a la prevalença de la transferència horitzontal de gens.
referències
- Gogarten, JP, & Townsend, JP (2005). Horitzontal gene transfer, genome innovation and evolution. Nature Reviews Microbiology, 3 (9), 679.
- Keeling, PJ, & Palmer, JD (2008). Horitzontal gene transfer in Eukaryotic evolution. Nature Reviews Genetics, 9 (8), 605.
- Pierce, BA (2009). Genètica: Un enfocament conceptual. Ed. Mèdica Panamericana.
- Russell, P., Hertz, P., & McMillan, B. (2013). Biology: The Dynamic Science. Nelson Education.
- Sumbali, G., & Mehrotra, RS (2009). Principles of microbiology. McGraw-Hill.
- Syvanen, M., & Kado, CI (2001). Horitzontal gene transfer. Academic Press.
- Tortora, GJ, Funke, BR, & Casi, CL (2007). Introducció a la microbiologia. Ed. Mèdica Panamericana.