Od odkritja takega pojava, kot je horizontalni prenos genov, in sicer ne s staršev na potomce, je ves živi svet na našem planetu predstavljen kot en sam informacijski sistem. In v tem sistemu je mogoče izposoditi uspešen evolucijski izum ene vrste pri drugi. Kaj je vertikalni in horizontalni prenos genov, kakšni so mehanizmi tega procesa in primeri v organskem svetu - vse to je članek.
Sosednji geni
Vsi vedo, da dobimo gene od staršev. In so od svojih staršev. To je navpični prenos. In če se nenadoma zgodi mutacija, ki se izkaže za koristno za preživetje ali prilagajanje in se uveljavi v genomu populacije, bo vrsta pridobila prednosti v boju za obstoj.
Hkrati ima človek svoje gene,listne uši imajo svoje, morski psi pa svoje. Skoraj nemogoče jim je priti med vrstami. Toda včasih se zgodi - to je horizontalni prenos genov.
To počne sodobni genski inženiring. Gensko spremenjeni organizmi so posledica takšnega prenosa genov (na primer svetleči tardigrad na zgornji fotografiji). Toda v naravi ta pojav obstaja že dolgo.
Bistvo zadeve
Vertikalni prenos genov je fenomen prenosa dednega materiala iz starševskih oblik v hčerinske organizme.
Horizontalni prenos genov je naravna situacija prenosa genov iz enega odraslega organizma v drugega. Hkrati objektivno obstajata dva organizma in včasih pripadata različnim biološkim vrstam.
Primer horizontalnega prenosa genov v bakterijah je prenos genov odpornosti iz enega bakterijskega seva v drugega.
Potrebni pogoji
Za razumevanje tega pojava je treba poznati pogoje, pod katerimi je tak prenos načeloma mogoč, in sicer:
- Potreben je posrednik za "transport" genov iz ene celice v drugo, iz enega organizma v drugega.
- Obstajati mora molekularni mehanizem, ki bi omogočil, da se tuji geni vstavijo v nabor genov gostitelja.
Te pogoje lahko izpolnijo retrovirusi in drugi transpozoni (elementi DNK). In ravno takšne metode horizontalnega prenosa genov je danes sprejel genski inženiring.
ČepravMehanizmi takšnega prenosa genov se danes šele preučujejo, poleg virusov pa lahko do takšnega prenosa pride tudi s pomočjo prostih delov deoksiribonukleinskih kislin (transposonov), ki vstopijo v telo s preprostim vnosom ali s parazitskimi organizmi. Slednje lahko spremeni ne le genetski aparat gostitelja, temveč tudi njegovo ekološko mesto v sistemu biocenoze.
Ozadje
Prenos genov za odpornost na antibiotike med različnimi bakterijskimi sevi je bil prvič opisan na Japonskem leta 1959.
Že sredi devetdesetih let prejšnjega stoletja so molekularni biologi dokazali, da je bil horizontalni prenos genov pri prokariotih in evkariontih vključen v evolucijski razvoj življenja na našem planetu.
Leta 2010 je bila objavljena študija profesorja Cedrica Feschotta, ki je predstavila analizo genoma opic oposum in saimiri. Ugriznila jih je ena vrsta žuželk. V genomih sesalcev je bil ugotovljen transpozoon, ki ima 98 % istovetnost z žuželkami. Za vašo informacijo, te žuželke ne ugriznejo samo opic in oposumov.
Od zdaj naprej je hipoteza o horizontalnem prenosu genov med različnimi domenami organizmov postala nova paradigma biologije.
pisane žuželke
In če horizontalni prenos genov v bakterijah v zadnjih 30 letih ni vzbujal dvomov med biologi, potem je njegova možnost v večceličnih organizmih sprožila številna vprašanja. Takrat je pozornost biologov pritegnila navadna listna uš, pri kateriobstajajo posamezniki z zeleno in rdečo barvo telesa.
Analiza pigmentov, ki dajejo barvo rdečim posameznikom, je pokazala prisotnost karotenoidov – rastlinskih pigmentov. Od kod so listne uši dobile gene, ki so edinstveni za rastlinske organizme? Danes je sekvenciranje genoma žuželk za raziskovalce dokaj preprosta zadeva. Tako je bilo ugotovljeno, da so geni listnih uši, ki so odgovorni za sintezo rdečega pigmenta, popolnoma enaki geni nekaterih gliv, ki parazitirajo v telesu listnih uši, ne da bi povzročile vidno škodo.
Najverjetneje je na zori evolucije listnih uši (pred približno 80 milijoni let) prišlo do okvare v genetskem stroju in glivični geni so bili vgrajeni v genom žuželk.
Evolucija in biotska raznovrstnost
Vsa filogenetska sistematika organskega sveta temelji na Darwinovem konceptu razhajanja. Njegovo bistvo je naslednje: takoj ko pride do reproduktivne izolacije med populacijami vrste, lahko govorimo o procesu speciacije. In že dve vrsti se še naprej razvijata na podlagi naravne selekcije in naključnih mutacij.
Odkritje horizontalnega prenosa genov med vrstami in večjimi taksoni je samo dokazalo, da bi lahko v tako kratkem prostorsko-časovnem obdobju (4 milijarde let) živa snov na našem planetu prešla iz enoceličnih oblik v visoko organizirane večcelične.
Tako celotna biota planeta postane en sam laboratorij za ustvarjanje novih dednih lastnosti in je horizontalno gibanje genovlahko in še naprej bistveno pospeši evolucijski proces.
Sposodimo si nekaj genov
Leta 2015 je genetik Alistair Crisp iz Cambridgea (Združeno kraljestvo) preučeval genome 12 vrst sadnih muh Drosophila, 4 vrst okroglih črvov in 10 vrst primatov (od katerih je ena človek). Znanstvenik je iskal "tuje" dele DNK.
Rezultati raziskav so potrdili prisotnost 145 regij v genomih, ki so posledica horizontalnega prenosa genov pri evkariontih.
Nekateri od teh genov sodelujejo pri presnovi beljakovin in lipidov, drugi - pri imunskih odzivih. Najpomembneje je bilo, da je bilo mogoče identificirati verjetne dajalce teh genov. Izkazalo se je, da so protisti (najpreprostejši evkarionti), bakterije (prokarioti) in glive.
Kaj pa mi
Zanesljivo je že znano, da so se s horizontalnim prenosom genov pri ljudeh pojavili geni, odgovorni za krvne skupine AB0.
Večina dokazov za takšen prenos genov pri primatih je zelo starodavnega izvora, ki segajo v skupnega prednika z drugimi hordati.
Po zadnjih študijah je tvorba posteljice pri človeku odgovorna tudi za gen virusa, ki je bil ujet nekje ob zori nastanka placentnih živali.
Rezultati sekvenciranja človeškega genoma so pokazali, da vsebuje približno 8% koščkov virusnih genomov, ki jih imenujemo "speči geni".
The Age of Mutants
Prišli smotema grozljivk, s katerimi strašijo zeleni aktivisti. Kaj pa, če se ti "speči" geni vklopijo? Ali pa človeka ugrizne klop in v njegov genom potegne nekakšno grozo? Ali pa jemo gensko spremenjeno sojo in postanemo mutanti? Toda navsezadnje se je v 4 milijarde let biotska raznovrstnost na planetu le povečala in ti in jaz sva še vedno malo kot kiti, kot so listne uši kot gobe. Zakaj?
Prvič, mehanizem horizontalnega prenosa obstaja v naravi, dokler obstaja življenje samo. In na primeru listnih uši je popolnoma jasno, da je bil takšen prenos genov namenjen prav povečanju prilagodljivosti organizmov na okoljske razmere (rdeče so na nekaterih delih rastlin manj vidne). In genski inženirji v tem smislu niso prišli do nič novega. Paradižnik z geni arktičnih rib ima povečano odpornost na mraz, kar omogoča njihovo gojenje v severnih regijah.
Drugič, kljub možnosti genetskega prenosa, še nismo opazili poenotenja (enotnosti) genoma vseh živih organizmov na planetu. Stabilnost biološkega sistema, ki je celica in organizem, je dovolj visoka, da omeji neučinkovit prenos genov. Toda hkrati je prav ta prenos orodje biološke evolucije, ki vodi v biotsko raznovrstnost. Tako da ne bo dolgo, ko bodo medvedi izgledali kot zmaji, psi pa kot kameleoni.
