Mikä on horisontaalinen geenisiirto?

Lähes kaikki organismit voivat levittää geneettistä materiaalia vertikaalisen geenisiirron kautta, jossa geneettistä tietoa välitetään vanhemmilta jälkeläisille. Sen sijaan horisontaalinen geenisiirtoprosessi – tai lateraalinen geenisiirto – ei ole yhteinen kaikille lajeille. Tämän tyyppisessä geenisiirrossa geneettistä materiaalia siirretään organismien välillä, jotka eivät ole vanhempia ja jälkeläisiä. Sen sijaan nämä kaksi organismia eivät yleensä liity toisiinsa ja ovat usein eri lajeja.

Useimmat eukaryoottiset organismit hankkivat geneettistä materiaalia pääasiassa vertikaalisen geenisiirron kautta, jonka aikana tapahtuu DNA -rekombinaatio. Sitä vastoin uskotaan, että horisontaalinen geenisiirto on yleisin tapa yksisoluisille eliöille, erityisesti bakteereille, hankkia uutta geneettistä materiaalia. Tämä on tärkeää, koska bakteerit lisääntyvät ilman seksuaalista rekombinaatiota; siksi horisontaalinen siirto sallii bakteerilajien säilyttää monimuotoisuuden.

Geenien vaakasuuntainen siirto bakteereissa on yleinen ilmiö. On kolme tapaa, joilla bakteerit voivat vaihtaa geneettistä materiaalia vaakasuunnassa. Kaikki nämä kolme esiintyvät luonnossa, ja ne voidaan myös suorittaa laboratoriossa geneettisesti muokkaamaan bakteereja, joilla on uusia ominaisuuksia, kuten kyky syntetisoida ei-alkuperäisiä proteiineja.

Transformaatio on prosessi, jossa bakteerit nauttivat paljaita DNA- tai RNA -molekyylejä ja ilmentävät niitä solussa. Transduktiossa geneettistä materiaalia siirtävät bakteriofagit, jotka ovat bakteereja tartuttavia viruksia. Lopuksi on bakteerikonjugaatio, jossa geneettistä materiaalia, usein plasmideja, siirretään solujen välisen kontaktin kautta. Konjugaatiota välittävät transposonit ja plasmidit, kaksi geneettisen materiaalin tyyppiä, jotka ovat erilaisia ​​ja riippumattomia bakteerien genomista.

On joitakin todisteita siitä, että virukset voivat myös välittää geneettistä tietoa horisontaalisen geenisiirron kautta. Yksi vahvimmista indikaattoreista liittyy viruksiin nimeltä Mimivirus, Mamavirus ja Sputnik. Sekä Mimivirus että Mamavirus ovat Sputnikin tunnettuja isäntiä, ja pieni määrä geenejä on yhteisiä kaikille kolmelle lajille. Uskotaan, että Sputnik siirsi geenejä kahden isäntäviruksensa välillä jossain vaiheessa näiden kolmen organismin kehityshistorian aikana.

Tietyt eukaryootit, mukaan lukien sieni-, hyönteis- ja kasvilajit, osallistuvat myös horisontaaliseen geenisiirtoon. Yksi tunnetuimmista esimerkeistä on horisontaalinen geneettinen siirto bakteerien ja hiivalajin Saccharomyces cerevisiae välillä. Toinen esimerkki geneettisestä siirrosta eukaryoottien välillä on atsukipapu ja Wolbachia -niminen bakteeri. Kasvimaailmassa Rafflesiaceae -nimisen kasviperheen loiset ovat siirtäneet geneettistä tietoa isäntälleen, ja levälaji on siirtänyt geneettistä materiaalia leville saalistavalle merilinkolajille.