YATAY GEN TRANSFERI: MEKANIZMALAR VE ÖRNEKLER - BIYOLOJI - 2025

Yatay gen transferi ya da lateral gen transferi ailesine oluşmaz organizmalar arasında, genetik malzeme, değişimidir. Bu olay, aynı nesilden bireyler arasında gerçekleşir ve tek hücreli veya çok hücreli varlıklarda meydana gelebilir.

Yatay aktarım üç ana mekanizma aracılığıyla gerçekleşir: konjugasyon, dönüşüm ve transdüksiyon. İlk tipte, uzun DNA fragmanlarının değişimi mümkündür, son ikisinde ise transfer, genetik materyalin küçük bölümleriyle sınırlıdır.

Bir bakteri. Bu organizmalarda THG yaygındır. Kaynak Pixabay.com

Tersi kavram, genetik bilginin bir organizmadan yavrularına geçtiği dikey gen transferidir. Bu süreç, bitkiler ve hayvanlar gibi ökaryotlarda yaygındır. Tersine, mikroorganizmalarda yatay geçiş yaygındır.

Ökaryotlarda yatay geçiş o kadar yaygın değildir. Bununla birlikte, virüsler aracılığıyla belirli genleri elde eden insanların atası da dahil olmak üzere bu fenomenin değiş tokuşunun kanıtı vardır.

Yatay gen transferi nedir?

Üreme sırasında ökaryotik organizmalar, genlerini dikey gen transferi olarak bilinen bir süreçle bir nesilden yavrularına (çocuklarına) aktarırlar. Prokaryotlar da bu adımı gerçekleştirir, ancak fisyon veya diğer mekanizmalar yoluyla eşeysiz üreme yoluyla.

Bununla birlikte, prokaryotlarda, yatay gen transferi adı verilen genetik materyal alışverişinin başka bir yolu vardır. Burada, DNA parçaları aynı nesilden organizmalar arasında değiş tokuş edilir ve bir türden diğerine geçebilir.

Yatay transfer bakteriler arasında nispeten yaygındır. Antibiyotiklere direnç oluşturan genler örneğini ele alalım. Bu önemli DNA parçaları normal olarak farklı türlerdeki bakteriler arasında aktarılır.

Bu mekanizmalar, enfeksiyonları tedavi ederken önemli tıbbi komplikasyonları içerir.

mekanizmalar

Yatay aktarımla DNA'nın değiştirilebileceği üç temel mekanizma vardır. Bunlar konjugasyon, dönüşüm ve transdüksiyondur.

Birleşme

Konjugasyon yoluyla gen transferi, iki bakteri arasında doğrudan teması içeren tek tiptir.

Bununla birlikte, süreç çok farklı olduğu için, cinsel üreme yoluyla gen değişimiyle (ilgili organizmalar arasında genellikle bir temasın olduğu yerde) karşılaştırılmamalıdır. Ana farklar arasında mayozun olmamasıdır.

Konjugasyon sırasında, genetik materyalin bir bakteriden diğerine geçişi, pili adı verilen bir yapı tarafından kurulan fiziksel temas yoluyla gerçekleşir. Bu, değişimin gerçekleştiği bir bağlantı köprüsü olarak çalışır.

Bakteriler cinsiyete göre farklılaşmasa da, faktör F (doğurganlık f) olarak bilinen küçük bir dairesel DNA taşıyan organizma "erkek" olarak bilinir. Bu hücreler konjugasyon sırasında vericidir ve materyali faktörden yoksun başka bir hücreye geçirir.

Faktör F DNA, cinsel faktörün kopyalanmasını ve cinsel pili sentezini kontrol eden yaklaşık 40 genden oluşur.

Konjugasyon sürecinin ilk kanıtı Lederberg ve Tatum deneylerinden geliyor, ancak sonunda temasın transfer için gerekli olduğunu gösteren Bernard Davis'ti.

dönüşüm

Dönüşüm, bir konakçı bakteriye yakın ortamda bulunan çıplak bir DNA molekülünün alınmasını içerir. Bu DNA parçası başka bir bakteriden geliyor.

Bakteri popülasyonları normal olarak dönüşüme uğradığından süreç doğal olarak gerçekleştirilebilir. Benzer şekilde, dönüşüm, bakterileri dışarıda bulunan ilgilenilen DNA'yı almaya zorlamak için laboratuvarda simüle edilebilir.

Teorik olarak, herhangi bir DNA parçası alınabilir. Bununla birlikte, işlemin küçük molekülleri içerdiği gözlemlenmiştir.

Transdüksiyon

Son olarak, transdüksiyon mekanizması, DNA'yı bir donör bakteriden bir alıcıya taşıyan bir faj (virüs) aracılığıyla gerçekleşir. Önceki durumda olduğu gibi, virüsün DNA taşıma yeteneği sınırlı olduğundan, transfer edilen DNA miktarı nispeten küçüktür.

Genellikle, bu mekanizma filogenetik olarak yakın olan bakterilerle sınırlıdır, çünkü DNA'yı taşıyan virüs, materyali enjekte etmek için bakteriler üzerindeki spesifik reseptörlere bağlanmalıdır.

Örnekler

Endonükleazlar, bir polinükleotid zinciri içindeki fosfodiester bağlarını içeriden kırma yeteneğine sahip enzimlerdir - bu yüzden "endo" olarak bilinirler. Bu enzimler hiçbir yeri kesmezler, bunu yapmak için kısıtlama bölgeleri adı verilen belirli bölgeleri vardır.

EcoRI (E. coli'de) ve RSRI (Rhodobacter sphaeroides'de) enzimleri için amino asit dizileri, birbirleriyle% 50 özdeş olan yaklaşık 300 amino asit kalıntısından oluşan bir diziye sahiptir ve bu, yakın bir evrimsel akrabalık olduğunu açıkça gösterir.

Bununla birlikte, diğer moleküler ve biyokimyasal özelliklerin incelenmesi sayesinde, bu iki bakteri çok farklıdır ve filogenetik açıdan çok az ilişkilidir.

Dahası, EcoRI enzimini kodlayan gen, normalde E. coli tarafından kullanılanlardan farklı çok spesifik kodonlar kullanır, bu nedenle genin bu bakteriden kaynaklanmadığından şüphelenilir.

Evrimde yatay gen transferi

1859'da İngiliz doğa bilimci Charles Darwin, doğal seleksiyon yoluyla evrim teorisiyle biyolojik bilimlerde devrim yaptı. Darwin, The Origin of Species adlı ikonik kitabında, türler arasındaki şecere ilişkilerini göstermek için hayat ağacı metaforunu önermektedir.

Günümüzde soyoluşlar, bu metaforun resmi bir temsilidir ve burada genetik bilginin aktarımının dikey olarak - ebeveynlerden çocuklara - gerçekleştiği varsayılır.

Bu vizyonu çok hücreli organizmalara büyük bir rahatsızlık vermeden uygulayabiliriz ve Darwin'in önerdiği gibi dallı bir model elde ederiz.

Bununla birlikte, füzyonsuz dalların bu temsilinin mikroorganizmalara uygulanması zordur. Farklı prokaryotların genomlarını karşılaştırırken, soylar arasında kapsamlı gen transferinin olduğu açıktır.

Bu nedenle, yatay gen transferinin yaygınlığı sayesinde, ilişki modeli daha çok bir ağa benzer, dalları birbirine bağlanır ve kaynaştırılır.

Referanslar

1. Gogarten, JP ve Townsend, JP (2005). Yatay gen transferi, genom yeniliği ve evrimi. Doğa İncelemeleri Mikrobiyoloji, 3 (9), 679.
2. Keeling, PJ ve Palmer, JD (2008). Ökaryotik evrimde yatay gen transferi. Doğa İncelemeleri Genetik, 9 (8), 605.
3. Pierce, BA (2009). Genetik: Kavramsal bir yaklaşım. Panamerican Medical Ed.
4. Russell, P., Hertz, P. ve McMillan, B. (2013). Biyoloji: Dinamik Bilim. Nelson Eğitimi.
5. Sumbali, G. ve Mehrotra, RS (2009). Mikrobiyolojinin ilkeleri. McGraw-Hill.
6. Syvanen, M. ve Kado, CI (2001). Yatay gen transferi. Akademik Basın.
7. Tortora, GJ, Funke, BR ve Case, CL (2007). Mikrobiyolojiye giriş. Panamerican Medical Ed.