Geenin siirto

Alla Geenin siirto viittaa vieraan geenimateriaalin keinotekoiseen tai luonnolliseen siirtoon hedelmöitetyssä munasolussa. Tarkemmin sanottuna yksittäiset geenit siirtyvät luovuttajaorganismista vastaanottajaorganismiin. Geenisiirto horisontaalisen ja pystysuoran välillä tehdään eron välillä. Geenisiirto voi tapahtua transformaatiolla, konjugaatiolla tai transfektiolla. Tekniset prosessit ovat esimerkiksi mikroinjektio tai biologinen menetelmä, joka tunnetaan myös nimellä “geenipistooli”.

Mikä on geeninsiirto?

Horisontaalinen geeninsiirto on prosessi, jossa geenimateriaalia otetaan tai välitetään ilman sukupuolielinten lisääntymisreittejä ja riippumatta lajin rajoituksista. Geeni, jolla on tietty ominaisuus, viedään genomiin ja aktivoidaan siellä. Tarkemmin sanottuna tämä tarkoittaa, että geneettistä materiaalia ei siirretä linjaa pitkin, kun taas vertikaalinen geeninsiirto tapahtuu esi-isien kautta jälkeläisiin.

Evoluutioteoriassa horisontaalinen geeninsiirto antaa selityksen esimerkiksi mikro-organismien esiintymiselle, joille on tunnusomaista suuret kehityksen harppaukset. Tästä puolestaan ​​on erotettava pystysuora tartunta erityismuotona, jolloin patogeenit siirtyvät toiselle yhden tartunnan saaneen sukupolven geneettisen muodon kautta.

Vaakasuora siirtyminen on osoitettu mikro-organismeissa ja selkärangattomissa. Esimerkiksi antibiooteille vastustuskykyiset geenit leviävät bakteereihin. Toisaalta Wolbachia-bakteerien tapauksessa koko genomi salakuljetetaan hedelmäkärpäsen soluihin, vaikka vain joillakin geeneistä olisi myöhemmin tiettyjä toimintoja.

Tansgeenisen DNA: n nopean hajoamisen vuoksi solun ulkopuolella on melko epätodennäköistä, että geenin horisontaalinen siirto tapahtuu mikrobiologisessa eläimistössä. Lähinnä se tapahtuu laboratoriossa. Pelkästään erilaisten resistenssien ja patogeenien esiintyminen voisi puolestaan ​​antaa tietoa luonnossa esiintyvästä geeninsiirrosta.

Tällainen geeninsiirto on osoitettu esimerkiksi maaperäbakteerissa "Agrobacterium tumefaciens", jolla on kyky siirtää DNA: ta kasvisoluihin. Prosessi kuvasi belgialaiset molekyylibiologit Marc Van Montagu ja Jozef Schell vuonna 1983, ja gram-negatiivinen sauvabakteeri "Bartonella henselae", joka pystyy siirtämään DNA: ta eukaryoottisoluihin oman kuljetusjärjestelmänsä kautta.

Vertikaalinen geeninsiirto puolestaan ​​on risti, joka tapahtuu kahdessa yksilössä tai kasvissa seksuaalisesti, jolloin geenit siirtyvät seuraaville sukupolville. Puhumme siirtymisestä eteenpäin pystysuuntaisen laskeutumislinjan varrella.

Jos esimerkiksi siirtogeeniset ja ei-siirtogeeniset kasvit risteytetään, ei-siirtogeeniset kasvit ottavat myös vastaan ​​geenien rakenteet. Se voidaan siirtää myös kromosomeihin, joissa on geneettisiä vikoja.

Mikro-organismien tapauksessa DNA: n siirtymistä jälkeläisiin kutsutaan vertikaaliseksi siirtämiseksi. Tämä termi kuvaa myös patogeenien leviämistä raskauden aikana, syntymäprosessia ja syntymän jälkeen äidistä lapselle. Tartuntatauteja, kuten vihurirokkoa tai HIV: tä, voi esiintyä täällä.

Toiminto ja tehtävä

Geenitekniikassa horisontaalista geenisiirtoa käytetään geneettisesti muunnettujen organismien luomiseen. Menetelmä sisältää useita menetelmiä, jotka riippuvat tietystä muutoksesta, esimerkiksi onko kyse prokaryootista vai eukaryootista. Entinen kuvaa eläviä olentoja, joilla ei ole ydintä. Nämä ovat esimerkiksi bakteereja, tarkemmin eubakteerit ja arkebakteerit. Niille on ominaista korkea biologinen sopeutumiskyky ja yksinkertainen morfologia, heillä ei ole mitokondrioita, sytoplasmassa vapaa genomi, heillä on monimutkainen solunulkoinen matriisi ja ylimääräinen DNA.

Vastaavasti eukaryootit ovat organismeja, joilla on ydin ja jotka kehittyvät ydintä sisältävistä emasoluista. Nämä puolestaan ​​voivat olla itiöitä tai tsygootteja. Tsygootti on diploidi solu, joka on syntynyt muna- ja siittiösoluista. Itiöt ovat yhden tai monisoluisia mikro-organismeja, joilla on korkea vastustuskyky ympäristövaikutuksille.

Prokaryooteissa tapahtuu transformaatio, transduktio ja konjugaatio, eukaryooteissa transfektio. Transduktion aikana DNA-fragmentit siirretään kahden bakteerin välillä bakteriofaagien aiheuttaman infektion kautta. Konjugaation aikana DNA siirtyy bakteerista toiseen. Myös luovuttajalta vastaanottajalle lajien rajojen yli. Luovuttajina toimivissa bakteereissa on F-tekijä, joka mahdollistaa konjugoinnin ensisijaisesti. Bakteerien välinen yhteys luodaan plasmasillan avulla ja luovuttaja siirtää plasmidin vastaanottajalle. Transformaatio puolestaan ​​on vapaan DNA: n ottoa bakteereilta.

Sairaudet ja vaivat

Tutkijat ovat nyt pystyneet todistamaan, että ihmisen geenejä ei siirretty pelkästään sukupolvelta toiselle vertikaalisen geeninsiirron kautta, vaan että ihmiset ottivat ne myös bakteereista evoluutionsa aikana. Yli sata mikro-organismien geeniä löysi tiensä ihmisen genomiin horisontaalisen geeninsiirron kautta.

Tutkimuksen tulos aiheutti ensin hämmennystä vuonna 2001, mutta sitä pidettiin silti kiistanalaisena. Kun laajempi genomitietokanta tuli saataville vuosien edetessä, brittiläiset tutkijat vertasivat hedelmäkärpäsen, kädellisten, erilaisten matoeläinten ja ihmisten geenejä mikro-organismien geneettiseen rakenteeseen. Tuloksena ihmisillä oli 145 geeniä, jotka ovat alun perin peräisin mikrobien maailmasta ja suorittavat myös tärkeitä tehtäviä, esimerkiksi osallistuvat lipidimetaboliaan tai erilaisiin immuunireaktioihin.

Tällainen horisontaalinen geeninsiirto tapahtuu todennäköisesti aikana, jolloin eri lajit eivät olleet vielä jakautuneet. Sitä vastoin geeninsiirto tässä muodossa on ollut olemassa tähän päivään asti nematodeissa ja hedelmäkärpäksissä. Kuinka tällaisia ​​bakteereja tuotiin ihmisen perimään, ei ole vielä selvitetty. Yksi mahdollinen selitys on virukset, jotka ovat saattaneet toimia kuljetusvälineenä.

Yleensä geeninsiirrolla voi olla positiivinen vaikutus organismien terveyteen tekemällä niistä immuuneja ulkoisille haavoittuvuuksille, mutta voi tapahtua myös päinvastoin, jolloin patogeenit, kuten HI-viruksen tapauksessa, siirtyvät toiselle organismille.