Od otkrića takvog fenomena kao što je horizontalni prijenos gena, odnosno ne s roditelja na potomstvo, cijeli živi svijet na našem planetu predstavljen je kao jedinstven informacijski sustav. I u ovom sustavu postaje moguće posuditi uspješan evolucijski izum jedne vrste od druge. Što je vertikalni i horizontalni prijenos gena, koji su mehanizmi tog procesa i primjeri u organskom svijetu - sve je to članak.
Susjedski geni
Svi znaju da gene dobivamo od roditelja. I oni su od svojih roditelja. Ovo je vertikalni prijenos. A ako se iznenada dogodi mutacija koja se pokaže korisnom za preživljavanje ili prilagodbu, te zadobije uporište u genomu populacije, tada će vrsta steći prednosti u borbi za postojanje.
U isto vrijeme, osoba ima svoje gene,lisne uši imaju svoje, a morski psi svoje. Gotovo im je nemoguće doći između vrsta. Ali ponekad se dogodi - ovo je horizontalni prijenos gena.
To radi moderni genetski inženjering. Genetski modificirani organizmi su rezultat takvog prijenosa gena (na primjer, svjetleći tardigrad na gornjoj fotografiji). Ali u prirodi ovaj fenomen postoji već dugo vremena.
Srština stvari
Okomiti prijenos gena je fenomen prijenosa nasljednog materijala s roditeljskih oblika na organizme kćeri.
Horizontalni prijenos gena prirodna je situacija prijenosa gena iz jednog odraslog organizma u drugi. U isto vrijeme, dva organizma objektivno postoje, a ponekad pripadaju različitim biološkim vrstama.
Primjer horizontalnog prijenosa gena u bakterijama je prijenos gena otpornosti s jednog bakterijskog soja na drugi.
Potrebni uvjeti
Za razumijevanje ovog fenomena potrebno je poznavati uvjete pod kojima je takav prijenos u načelu moguć, i to:
- Potrebno je imati posrednika za "transport" gena iz jedne stanice u drugu, iz jednog organizma u drugi.
- Mora postojati molekularni mehanizam koji bi omogućio umetanje stranih gena u skup gena domaćina.
Ove uvjete mogu dobro ispuniti retrovirusi i drugi transpozoni (DNA elementi). A upravo takve metode horizontalnog prijenosa gena danas je usvojio genetski inženjering.
IpakMehanizmi takvog prijenosa gena danas se samo proučavaju, a osim virusa, do takvog prijenosa može doći i uz pomoć slobodnih dijelova deoksiribonukleinskih kiselina (transposona) koji u organizam ulaze jednostavnim unošenjem ili parazitskim organizmima. Potonje može promijeniti ne samo genetski aparat domaćina, već i njegovo ekološko mjesto u sustavu biocenoze.
Pozadina
Bio je to prijenos gena otpornosti na antibiotike između različitih bakterijskih sojeva koji je prvi put opisan u Japanu 1959.
Već sredinom 1990-ih, molekularni biolozi dokazali su da je horizontalni prijenos gena kod prokariota i eukariota bio uključen u evolucijski razvoj života na našem planetu.
U 2010. godini objavljena je studija profesora Cedrica Feschotta koja je predstavila analizu genoma oposum i saimiri majmuna. Ugrizla ih je jedna vrsta bube. U genomima sisavaca pronađen je transpozoon koji ima 98% identiteta s kukcima. Za vašu informaciju, ove bube ne grizu samo majmune i oposume.
Od sada pa nadalje, hipoteza horizontalnog prijenosa gena između različitih domena organizama postala je nova paradigma biologije.
Šarene bube
I ako horizontalni prijenos gena u bakterijama u posljednjih 30 godina nije izazvao sumnje među biolozima, onda je njegova mogućnost u višestaničnim organizmima pokrenula mnoga pitanja. Tada je pozornost biologa privukla obična lisna uš, u kojojpostoje jedinke sa zelenom i crvenom bojom tijela.
Analiza pigmenata koji daju boju crvenim osobama otkrila je prisutnost karotenoida - biljnih pigmenata. Odakle lisnim ušima geni koji su jedinstveni za biljne organizme? Danas je sekvencioniranje genoma insekata prilično jednostavna stvar za istraživače. Tako je otkriveno da su geni lisnih uši odgovorni za sintezu crvenog pigmenta potpuno identični onima nekih gljivica koje parazitiraju u tijelu lisnih uši bez ikakve vidljive štete.
Najvjerojatnije, u zoru evolucije lisnih uši (prije oko 80 milijuna godina) došlo je do kvara u genetskom stroju i gljivični geni su ugrađeni u genom insekata.
Evolucija i bioraznolikost
Sva filogenetska sistematika organskog svijeta temelji se na Darwinovom konceptu divergencije. Njegova je bit sljedeća: čim dođe do reproduktivne izolacije između populacija neke vrste, možemo govoriti o procesu specijacije. I već se dvije vrste nastavljaju razvijati na temelju prirodne selekcije i slučajnih mutacija.
Otkriće horizontalnog prijenosa gena između vrsta i većih svojti samo je dokazalo da bi u tako kratkom prostorno-vremenskom razdoblju (4 milijarde godina) živa tvar na našem planetu mogla prijeći iz jednostaničnih oblika u visoko organizirane višestanične.
Tako cijela biota planeta postaje jedinstveni laboratorij za stvaranje novih nasljednih osobina, a to je horizontalno kretanje genamogao i nastavlja značajno ubrzati evolucijski proces.
Posudimo neke gene
U 2015. genetičar Alistair Crisp iz Cambridgea (UK) proučavao je genome 12 vrsta voćnih mušica Drosophila, 4 vrste okruglih crva i 10 vrsta primata (od kojih je jedna čovjek). Znanstvenik je tražio "vanzemaljske" dijelove DNK.
Rezultati istraživanja potvrdili su prisutnost 145 regija u genomima koje su rezultat horizontalnog prijenosa gena u eukariota.
Neki od ovih gena sudjeluju u metabolizmu proteina i lipida, drugi - u imunološkim odgovorima. Što je najvažnije, bilo je moguće identificirati vjerojatne donore ovih gena. Pokazalo se da su to protisti (najjednostavniji eukarioti), bakterije (prokarioti) i gljive.
Što je s nama
Već je pouzdano poznato da su se horizontalnim prijenosom gena kod ljudi pojavili geni odgovorni za krvne grupe AB0.
Većina dokaza za takav prijenos gena kod primata vrlo je drevnog porijekla, koji datiraju od zajedničkog pretka s drugim hordatima.
Prema nedavnim studijama, formiranje posteljice kod ljudi je također odgovorno za gen virusa, koji je uhvaćen negdje u zoru formiranja placentalnih životinja.
Rezultati sekvenciranja ljudskog genoma pokazali su da sadrži oko 8% dijelova virusnih genoma, koji se nazivaju "geni za spavanje".
The Age of Mutants
Evo nastema horor priča kojima zeleni aktivisti plaše. Što ako se ti "uspavani" geni uključe? Ili je krpelj ugrizao osobu i uvlačio neku vrstu užasa u njegov genom? Ili jedemo genetski modificiranu soju i postajemo mutanti? Ali uostalom, za 4 milijarde godina biološka raznolikost na planetu se samo povećavala, a ti i ja smo još malo poput kitova, kao što su lisne uši kao gljive. Zašto?
Prvo, mehanizam horizontalnog prijenosa postoji u prirodi sve dok postoji sam život. A na primjeru lisnih uši, sasvim je jasno da je takav prijenos gena bio usmjeren upravo na povećanje prilagodljivosti organizama uvjetima okoline (crvene su manje vidljive na pojedinim dijelovima biljaka). A genetski inženjeri u tom smislu nisu smislili ništa novo. Rajčice s genima arktičke ribe imaju povećanu otpornost na hladnoću, što im omogućuje uzgoj u sjevernim regijama.
Drugo, unatoč mogućnosti genetskog prijenosa, još nismo uočili ujedinjenje (ujednačenost) genoma svih živih organizama na planeti. Stabilnost biološkog sustava, a to su stanica i organizam, dovoljno je visoka da ograniči neučinkovit prijenos gena. Ali u isto vrijeme, upravo je taj prijenos oruđe biološke evolucije koja vodi biološkoj raznolikosti. Tako da neće proći dugo dok medvjedi izgledaju kao zmajevi, a psi kao kameleoni.
