و نقل الجينات الأفقي أو نقل الجينات الأفقي هو تبادل المادة الوراثية بين الكائنات الحية، والتي لا تحدث في الأسر. يحدث هذا الحدث بين أفراد من نفس الجيل ويمكن أن يحدث في كائنات أحادية الخلية أو متعددة الخلايا.
يحدث النقل الأفقي من خلال ثلاث آليات رئيسية: الاقتران ، والتحول ، والتوصيل. في النوع الأول ، يكون تبادل أجزاء طويلة من الحمض النووي ممكنًا ، بينما يقتصر النقل في النوعين الأخيرين على أجزاء صغيرة من المادة الجينية.
بكتيريا. THG شائع في هذه الكائنات الحية. المصدر pixabay.com
المفهوم المعاكس هو نقل الجينات العمودي ، حيث تنتقل المعلومات الجينية من الكائن الحي إلى نسله. هذه العملية منتشرة في حقيقيات النوى ، مثل النباتات والحيوانات. في المقابل ، فإن النقل الأفقي شائع في الكائنات الحية الدقيقة.
في حقيقيات النوى ، النقل الأفقي ليس شائعًا. ومع ذلك ، هناك أدلة على تبادل هذه الظاهرة ، بما في ذلك أسلاف البشر ، الذين حصلوا على جينات معينة من خلال الفيروسات.
ما هو نقل الجينات الأفقي؟
أثناء التكاثر ، تمرر الكائنات حقيقية النواة جيناتها من جيل إلى نسلها (الأطفال) في عملية تُعرف باسم نقل الجينات الرأسي. تؤدي بدائيات النوى أيضًا هذه الخطوة ، ولكن من خلال التكاثر اللاجنسي من خلال الانشطار أو الآليات الأخرى.
ومع ذلك ، في بدائيات النوى هناك طريقة أخرى لتبادل المواد الجينية تسمى نقل الجينات الأفقي. هنا ، يتم تبادل شظايا الحمض النووي بين الكائنات الحية من نفس الجيل ويمكن أن تنتقل من نوع إلى آخر.
يعتبر النقل الأفقي شائعًا نسبيًا بين البكتيريا. خذ على سبيل المثال الجينات التي تسبب مقاومة للمضادات الحيوية. يتم نقل شظايا الحمض النووي المهمة بشكل طبيعي بين بكتيريا من أنواع مختلفة.
تنطوي هذه الآليات على مضاعفات طبية كبيرة عند علاج العدوى.
الآليات
هناك ثلاث آليات أساسية يمكن من خلالها تبادل الحمض النووي عن طريق النقل الأفقي. هذه هي الاقتران والتحويل والتنبيغ.
اقتران
نقل الجينات عن طريق الاقتران هو النوع الوحيد الذي يتضمن الاتصال المباشر بين البكتريا.
ومع ذلك ، لا ينبغي مقارنتها بتبادل الجينات من خلال التكاثر الجنسي (حيث يوجد عادة اتصال بين الكائنات الحية المعنية) ، لأن العملية مختلفة تمامًا. من بين الاختلافات الرئيسية غياب الانقسام الاختزالي.
أثناء الاقتران ، يحدث مرور المادة الجينية من بكتيريا إلى أخرى من خلال الاتصال الجسدي الذي أنشأته بنية تسمى pili. يعمل هذا كجسر اتصال ، حيث يحدث التبادل.
على الرغم من أن البكتيريا لا تتمايز بين الجنسين ، إلا أن الكائن الحي الذي يحمل دنا دائريًا صغيرًا يُعرف بالعامل F (الخصوبة f) يُعرف باسم "الذكر". هذه الخلايا هي الجهات المانحة أثناء الاقتران ، حيث تمرر المادة إلى خلية أخرى تفتقر إلى العامل.
يتكون العامل F DNA من حوالي 40 جينًا ، والتي تتحكم في تكرار العامل الجنسي وتكوين الشعرة الجنسية.
يأتي الدليل الأول على عملية الاقتران من تجارب Lederberg و Tatum ، لكن برنارد ديفيس هو الذي أثبت أخيرًا أن الاتصال كان ضروريًا للنقل.
تحويل
يتضمن التحول أخذ جزيء DNA عارية موجود في البيئة بالقرب من البكتيريا المضيفة. هذه القطعة من الحمض النووي تأتي من بكتيريا أخرى.
يمكن تنفيذ العملية بشكل طبيعي ، حيث تخضع مجموعات البكتيريا للتحول بشكل طبيعي. وبالمثل ، يمكن محاكاة التحول في المختبر لإجبار البكتيريا على تناول الحمض النووي موضع الاهتمام الموجود في الخارج.
من الناحية النظرية ، يمكن أخذ أي قطعة من الحمض النووي. ومع ذلك ، فقد لوحظ أن العملية تنطوي على جزيئات صغيرة.
التوضيح
أخيرًا ، تحدث آلية النقل عن طريق الملتهمة (الفيروس) التي تحمل الحمض النووي من البكتيريا المانحة إلى المتلقي. كما في الحالة السابقة ، فإن كمية الحمض النووي المنقولة صغيرة نسبيًا ، لأن قدرة الفيروس على حمل الحمض النووي محدودة.
عادة ، تقتصر هذه الآلية على البكتيريا القريبة نسبيًا ، نظرًا لأن الفيروس الذي يحمل الحمض النووي يجب أن يرتبط بمستقبلات محددة على البكتيريا من أجل حقن المادة.
أمثلة
نوكليازات داخلية هي إنزيمات لديها القدرة على كسر روابط الفوسفوديستر داخل سلسلة عديد النيوكليوتيد ، من الداخل - ولهذا السبب تُعرف باسم "إندو". هذه الإنزيمات لا تقطع في أي مكان ، ولديها مواقع محددة للقيام بذلك ، تسمى مواقع التقييد.
تسلسل الأحماض الأمينية للأنزيمات EcoRI (في E. coli) و RSRI (في Rhodobacter sphaeroides) تحتوي على ما يقرب من 300 من بقايا الأحماض الأمينية ، والتي تتطابق بنسبة 50 ٪ مع بعضها البعض ، مما يشير بوضوح إلى علاقة تطورية وثيقة.
ومع ذلك ، بفضل دراسة الخصائص الجزيئية والكيميائية الحيوية الأخرى ، فإن هذين النوعين من البكتيريا مختلفان تمامًا ولا يرتبطان كثيرًا من وجهة نظر النشوء والتطور.
علاوة على ذلك ، فإن الجين الذي يرمز للإنزيم EcoRI يستخدم أكواد محددة للغاية تختلف عن تلك المستخدمة عادة بواسطة E. coli ، لذلك يُشتبه في أن الجين لم ينشأ في هذه البكتيريا.
نقل الجينات الأفقي في التطور
في عام 1859 ، أحدث عالم الطبيعة البريطاني تشارلز داروين ثورة في العلوم البيولوجية بنظريته عن التطور من خلال الانتقاء الطبيعي. في كتابه الشهير ، أصل الأنواع ، يقترح داروين استعارة شجرة الحياة لتوضيح العلاقات الأنساب بين الأنواع.
اليوم ، تعتبر الأنساب التطورية تمثيلًا رسميًا لهذه الاستعارة ، حيث يُفترض أن نقل المعلومات الجينية يحدث عموديًا - من الآباء إلى الأطفال.
يمكننا تطبيق هذه الرؤية دون إزعاج كبير للكائنات متعددة الخلايا وسنحصل على نمط متفرع ، كما يقترح داروين.
ومع ذلك ، فإن تمثيل الفروع بدون اندماج يصعب تطبيقه على الكائنات الحية الدقيقة. عند مقارنة جينومات بدائيات النوى المختلفة ، من الواضح أن هناك نقل جيني واسع النطاق بين السلالات.
وبالتالي ، فإن نمط العلاقات يشبه إلى حد كبير شبكة ، مع فروع متصلة ومدمجة معًا ، وذلك بفضل انتشار نقل الجينات الأفقي.
المراجع
- Gogarten ، JP ، & Townsend ، JP (2005). نقل الجينات الأفقي وابتكار الجينوم وتطوره. مراجعات الطبيعة علم الأحياء الدقيقة، 3 (9) ، 679.
- كيلينغ ، بي جيه ، وبالمر ، دينار (2008). نقل الجينات الأفقي في تطور حقيقيات النوى. مراجعات الطبيعة علم الوراثة، 9 (8) ، 605.
- بيرس ، بكالوريوس (2009). علم الوراثة: نهج مفاهيمي. عموم أمريكا الطبية Ed.
- راسل ، ب ، هيرتز ، ب ، وماكميلان ، ب. (2013). علم الأحياء: العلم الديناميكي. نيلسون للتعليم.
- سومبالي ، جي ، وميهروترا ، آر إس (2009). مبادئ علم الأحياء الدقيقة. ماكجرو هيل.
- Syvanen، M.، & Kado، CI (2001). نقل الجينات الأفقي. الصحافة الأكاديمية.
- Tortora، GJ، Funke، BR، & Case، CL (2007). مقدمة في علم الأحياء الدقيقة. عموم أمريكا الطبية Ed.