Olyan jelenség felfedezése óta, mint a horizontális géntranszfer, vagyis nem a szülőktől az utódokig, bolygónkon az egész élővilág egyetlen információs rendszerként jelenik meg. És ebben a rendszerben lehetővé válik, hogy egy másik faj sikeres evolúciós találmányát kölcsönözzük. Mi a vertikális és horizontális géntranszfer, mik ennek a folyamatnak a mechanizmusai és példák a szerves világban - mindez a cikk.
Szomszéd gének
Mindenki tudja, hogy a génjeinket a szüleinktől kapjuk. És a szüleiktől származnak. Ez a függőleges átvitel. És ha hirtelen fellép egy mutáció, amely hasznosnak bizonyul a túlélés vagy az alkalmazkodás szempontjából, és megveti a lábát a populáció genomjában, akkor a faj előnyökhöz jut a létért folytatott küzdelemben.
Ugyanakkor az embernek saját génjei vannak,a levéltetveknek megvan a sajátjuk, a cápáknak meg a sajátjuk. Szinte lehetetlen számukra a fajok közé kerülni. De néha megtörténik – ez vízszintes génátvitel.
Ez az, amit a modern géntechnológia csinál. A géntechnológiával módosított organizmusok az ilyen génátvitel eredménye (például a fenti képen a világító tardigrád). De a természetben ez a jelenség már régóta létezik.
A dolog lényege
A függőleges géntranszfer az a jelenség, amikor az örökítőanyag a szülői formákból a leányszervezetekbe kerül.
A vízszintes géntranszfer a gének egyik felnőtt szervezetből a másikba történő átvitelének természetes helyzete. Ugyanakkor két organizmus objektíve létezik, és néha különböző biológiai fajokhoz tartoznak.
A vízszintes génátvitelre példa a baktériumokban a rezisztencia gének átvitele egyik baktériumtörzsből a másikba.
Szükséges feltételek
A jelenség megértéséhez ismerni kell azokat a feltételeket, amelyek mellett elvileg lehetséges egy ilyen átvitel, nevezetesen:
- Szükséges egy közvetítő a gének egyik sejtből a másikba, egyik szervezetből a másikba „szállításához”.
- Kell lennie egy molekuláris mechanizmusnak, amely lehetővé teszi idegen gének beillesztését a gazdaszervezet génkészletébe.
Ezeket a feltételeket a retrovírusok és más transzpozonok (DNS-elemek) jól teljesíthetik. És a géntechnológia ma éppen a horizontális géntranszfer ilyen módszereit alkalmazza.
BárMa még csak tanulmányozzák az ilyen géntranszfer mechanizmusait, a vírusok mellett szabad dezoxiribonukleinsav-szakaszok (transzpozonok) segítségével is megtörténhet az ilyen átvitel, amelyek egyszerű bejuttatással vagy parazita organizmusokkal kerülnek a szervezetbe. Ez utóbbi nemcsak a gazdaszervezet genetikai apparátusát, hanem ökológiai helyét is megváltoztathatja a biocenózis rendszerében.
Háttér
Az antibiotikum-rezisztencia gének különböző baktériumtörzsek közötti átvitelét írták le először 1959-ben Japánban.
Molekuláris biológusok már az 1990-es évek közepén bebizonyították, hogy a prokariótákban és eukariótákban a horizontális géntranszfer szerepet játszik az élet evolúciós fejlődésében bolygónkon.
2010-ben megjelent Cedric Feschott professzor tanulmánya, amely az oposszum és saimiri majmok genomjának elemzését mutatta be. Egyféle poloska csípte meg őket. Az emlősök genomjában olyan transzpozont találtak, amely 98%-ban azonos a rovarokkal. Tájékoztatásul: ezek a poloskák nem csak a majmokat és az oposszumokat csípik meg.
Mostantól az élőlények különböző tartományai közötti horizontális géntranszfer hipotézise a biológia új paradigmájává vált.
Színes hibák
És ha a baktériumokban az elmúlt 30 évben végzett horizontális géntranszfer nem ébresztett kétséget a biológusokban, akkor a többsejtű szervezetekben való lehetségessége sok kérdést vetett fel. Ekkor keltette fel a biológusok figyelmét a közönséges levéltetű, melybenvannak zöld és piros testszínű egyedek.
A vörös egyedeknek színt adó pigmentek elemzése karotinoidok – növényi pigmentek – jelenlétét tárta fel. Honnan szerezték a levéltetvek a növényi szervezetekre jellemző géneket? Ma a rovargenom szekvenálása meglehetősen egyszerű feladat a kutatók számára. Így fedezték fel, hogy a levéltetvek génjei, amelyek a vörös pigment szintéziséért felelősek, teljesen azonosak egyes gombák génjeivel, amelyek a levéltetvek szervezetében anélkül, hogy látható károkat okoznának, élősködnek.
Valószínűleg a levéltetvek evolúciójának hajnalán (mintegy 80 millió évvel ezelőtt) meghibásodott a genetikai gép, és a gomba gének beépültek a rovar genomjába.
Evolúció és biodiverzitás
A szerves világ összes filogenetikai szisztematikája Darwin divergencia-koncepcióján alapul. Lényege a következő: amint egy faj populációi között létrejön a szaporodási izoláció, már beszélhetünk a speciáció folyamatáról. És már két faj fejlődik tovább a természetes szelekció és a véletlenszerű mutációk alapján.
A fajok és a nagyobb taxonok közötti horizontális géntranszfer felfedezése csak azt bizonyította, hogy ilyen rövid téridő periódus (4 milliárd év) alatt bolygónkon élő anyag az egysejtűekből magasan szervezett többsejtűekké válhat.
Így a bolygó teljes élőlénye egyetlen laboratóriummá válik az új örökletes tulajdonságok létrehozására, és ez a gének horizontális mozgásajelentősen felgyorsíthatja és továbbra is felgyorsítja az evolúciós folyamatot.
Kölcsönözzünk néhány gént
2015-ben a cambridge-i (Egyesült Királyság) Alistair Crisp genetikus 12 Drosophila gyümölcslegyfaj, 4 orsóféregfaj és 10 főemlősfaj (amelyek közül az egyik ember) genomját vizsgálta. A tudós "idegen" DNS-szakaszokat keresett.
A kutatási eredmények 145 olyan régió jelenlétét igazolták a genomokban, amelyek az eukariótákban végzett horizontális géntranszfer eredménye.
E gének némelyike részt vesz a fehérjék és lipidek metabolizmusában, a másik pedig az immunválaszokban. A legfontosabb, hogy sikerült azonosítani e gének valószínű donorait. Kiderült, hogy protisták (a legegyszerűbb eukarióták), baktériumok (prokarióták) és gombák.
Mi van velünk
Már megbízhatóan ismert, hogy emberben a horizontális géntranszfer révén megjelentek az AB0 vércsoportokért felelős gének.
A főemlősökben történő ilyen géntranszferre vonatkozó bizonyítékok többsége nagyon ősi eredetű, és más akkordátumokkal közös ősre nyúlik vissza.
A legújabb vizsgálatok szerint az emberben a méhlepény kialakulása is felelős a vírus génjéért, amelyet valahol a méhlepény állatok kialakulásának hajnalán fogtak meg.
Az emberi genom szekvenálásának eredményei azt mutatták, hogy a vírusgenomok körülbelül 8%-át tartalmazza, amelyeket "alvó géneknek" neveznek.
A mutánsok kora
Elérkeztünka rémtörténetek témája, amellyel a zöld aktivisták ijesztgetnek. Mi van, ha ezek az "alvó" gének bekapcsolnak? Vagy egy kullancs megharapja az embert, és valami horrort von be a genomjába? Vagy eszünk genetikailag módosított szóját és mutánsok leszünk? De végül is 4 milliárd éve a biológiai sokféleség csak nőtt a bolygón, és te és én még mindig olyanok vagyunk, mint a bálnák, mint a levéltetvek, mint a gombák. Miért?
Először is, a vízszintes átvitel mechanizmusa addig létezik a természetben, amíg maga az élet létezik. A levéltetvek példáján pedig teljesen világos, hogy az ilyen géntranszfer pontosan az élőlények környezeti feltételekhez való alkalmazkodóképességének növelésére irányult (a vörösek kevésbé látszanak a növény bizonyos részein). És a génmérnökök ebben az értelemben nem álltak elő semmi újjal. A sarkvidéki halgénekkel rendelkező paradicsom fokozott hidegtűrő képességgel rendelkezik, ami lehetővé teszi az északi régiókban való termesztését.
Másodszor, a genetikai átvitel lehetősége ellenére még nem figyeltük meg a bolygó összes élő szervezete genomjának egységesülését (egységességét). A biológiai rendszer, azaz a sejt és a szervezet stabilitása elég magas ahhoz, hogy korlátozza a nem hatékony génátvitelt. De ugyanakkor éppen ez az átvitel a biológiai evolúció eszköze, amely a biológiai sokféleséghez vezet. Tehát nem sok idő múlva a medvék sárkánynak, a kutyák pedig kaméleonnak tűnnek.
