Od objevu takového fenoménu, jakým je horizontální přenos genů, a to nikoli z rodičů na potomky, je celý živý svět na naší planetě reprezentován jako jediný informační systém. A v tomto systému je možné vypůjčit si úspěšný evoluční vynález jednoho druhu druhým. Co je vertikální a horizontální přenos genů, jaké jsou mechanismy tohoto procesu a příklady v organickém světě - to vše je tento článek.
Geny sousedů
Každý ví, že geny získáváme od rodičů. A jsou od rodičů. Toto je vertikální přenos. A pokud se náhle objeví mutace, která se ukáže být užitečná pro přežití nebo adaptaci, a získá oporu v genomu populace, pak druh získá výhody v boji o existenci.
Člověk má zároveň své vlastní geny,mšice mají své a žraloci mají své. Je pro ně téměř nemožné dostat se mezi druhy. Ale někdy se to stane - toto je horizontální přenos genů.
Toto dělá moderní genetické inženýrství. Geneticky modifikované organismy jsou výsledkem takového přenosu genů (například světélkující tardigrade na fotografii výše). Ale v přírodě tento jev existuje již dlouhou dobu.
Podstata věci
Vertikální přenos genů je fenomén přenosu dědičného materiálu z rodičovských forem na dceřiné organismy.
Horizontální přenos genů je přirozená situace přenosu genů z jednoho dospělého organismu do druhého. Ve stejnou dobu objektivně existují dva organismy a někdy patří k různým biologickým druhům.
Příkladem horizontálního přenosu genů u bakterií je přenos genů rezistence z jednoho bakteriálního kmene na druhý.
Nezbytné podmínky
Pro pochopení tohoto jevu je nutné znát podmínky, za kterých je takový převod v zásadě možný, konkrétně:
- Je nutné mít prostředníka pro „transport“genů z jedné buňky do druhé, z jednoho organismu do druhého.
- Musí existovat molekulární mechanismus, který by umožnil vložení cizích genů do genové sady hostitele.
Tyto podmínky mohou dobře splňovat retroviry a jiné transpozony (prvky DNA). A přesně takové metody horizontálního přenosu genů dnes genetické inženýrství přijalo.
I kdyžDnes se mechanismy takového přenosu genů teprve studují, kromě virů může k takovému přenosu dojít i pomocí volných úseků deoxyribonukleových kyselin (transpozonů), které se do těla dostanou jednoduchým zavedením nebo s parazitickými organismy. Ten může změnit nejen genetický aparát hostitele, ale také jeho ekologické místo v systému biocenózy.
Pozadí
Byl to přenos genů rezistence na antibiotika mezi různými bakteriálními kmeny, který byl poprvé popsán v Japonsku v roce 1959.
Už v polovině 90. let molekulární biologové dokázali, že horizontální přenos genů u prokaryot a eukaryot se podílel na evolučním vývoji života na naší planetě.
V roce 2010 byla zveřejněna studie profesora Cedrica Feschotta, která představila analýzu genomu opic vačice a saimiri. Pokousal je jeden druh brouka. V genomech savců byl nalezen transpozoon, který má 98% identitu s hmyzem. Pro vaši informaci, tito brouci koušou nejen opice a vačice.
Od této chvíle se hypotéza horizontálního přenosu genů mezi různými doménami organismů stala novým paradigmatem biologie.
Barevné chyby
A pokud horizontální přenos genů v bakteriích za posledních 30 let nevyvolal mezi biology pochybnosti, pak jeho možnost v mnohobuněčných organismech vyvolala mnoho otázek. Pozornost biologů tehdy upoutala mšice obecná, ve kteréexistují jedinci se zelenou a červenou barvou těla.
Analýza pigmentů, které dodávají barvu červeným jedincům, odhalila přítomnost karotenoidů – rostlinných pigmentů. Kde vzaly mšice geny, které jsou jedinečné pro rostlinné organismy? Dnes je sekvenování hmyzího genomu pro výzkumníky poměrně jednoduchou záležitostí. Takto bylo zjištěno, že geny mšic odpovědné za syntézu červeného pigmentu jsou zcela totožné s geny některých hub, které parazitují v těle mšic, aniž by způsobily jakoukoli viditelnou újmu.
S největší pravděpodobností na úsvitu evoluce mšic (asi před 80 miliony let) došlo k selhání genetického stroje a geny hub byly zabudovány do genomu hmyzu.
Evoluce a biologická rozmanitost
Veškerá fylogenetická systematika organického světa je založena na Darwinově konceptu divergence. Jeho podstata je následující: jakmile dojde k reprodukční izolaci mezi populacemi druhu, můžeme hovořit o procesu speciace. A již dva druhy se nadále vyvíjejí na základě přirozeného výběru a náhodných mutací.
Objev horizontálního přenosu genů mezi druhy a většími taxony jen prokázal, že v tak krátkém časoprostoru (4 miliardy let) by se živá hmota na naší planetě mohla změnit z jednobuněčných forem na vysoce organizované mnohobuněčné.
Celá biota planety se tak stává jedinou laboratoří pro vytváření nových dědičných znaků a je to horizontální pohyb genůmohl a nadále významně urychluje evoluční proces.
Půjčme si nějaké geny
V roce 2015 studoval genetik Alistair Crisp z Cambridge (UK) genomy 12 druhů ovocných mušek Drosophila, 4 druhů škrkavek a 10 druhů primátů (z nichž jeden je člověk). Vědec hledal "mimozemské" části DNA.
Výsledky výzkumu potvrdily přítomnost 145 oblastí v genomech, které jsou výsledkem horizontálního přenosu genů u eukaryot.
Některé z těchto genů se podílejí na metabolismu proteinů a lipidů, jiné na imunitních reakcích. Nejdůležitější je, že se podařilo identifikovat pravděpodobné dárce těchto genů. Ukázalo se, že to jsou protistové (nejjednodušší eukaryota), bakterie (prokaryota) a houby.
A co my
Je již spolehlivě známo, že horizontálním přenosem genů u lidí se objevily geny odpovědné za krevní skupiny AB0.
Většina důkazů pro takový přenos genů u primátů je velmi starověkého původu, který se datuje od společného předka s jinými strunatci.
Podle nedávných studií je tvorba placenty u lidí zodpovědná také za gen viru, který byl zachycen někde na úsvitu tvorby placentárních zvířat.
Výsledky sekvenování lidského genomu ukázaly, že obsahuje asi 8 % částí virových genomů, které se nazývají „spící geny“.
Věk mutantů
A jsme tadytéma hororových příběhů, kterými zelení aktivisté straší. Co když se tyto „spící“geny zapnou? Nebo snad člověka kousne klíště a vtáhne mu do genomu jakousi hrůzu? Nebo jíme geneticky modifikované sójové boby a stáváme se mutanty? Ale koneckonců za 4 miliardy let se biodiverzita na planetě jen zvyšovala a vy i já jsme pořád trochu jako velryby, jako mšice jako houby. Proč tomu tak je?
Za prvé, mechanismus horizontálního přenosu existuje v přírodě tak dlouho, dokud existuje život sám. A na příkladu mšic je naprosto jasné, že takový přenos genů byl zaměřen právě na zvýšení adaptability organismů na podmínky prostředí (červené jsou na některých částech rostlin méně viditelné). A genetickí inženýři v tomto smyslu nepřišli s ničím novým. Rajčata s geny pro arktické ryby mají zvýšenou odolnost vůči chladu, což jim umožňuje pěstovat je v severních oblastech.
Zadruhé, navzdory možnosti genetického přenosu jsme dosud nepozorovali sjednocení (jednotnost) genomu všech živých organismů na planetě. Stabilita biologického systému, kterým je buňka a organismus, je dostatečně vysoká, aby omezila neefektivní přenos genů. Ale zároveň je právě tento přenos nástrojem biologické evoluce, která vede k biodiverzitě. Takže to nebude dlouho trvat a medvědi budou vypadat jako draci a psi jako chameleoni.
