Gēnu pārnešana

Saskaņā Gēnu pārnešana attiecas uz sveša ģenētiskā materiāla mākslīgu vai dabisku pārnešanu uz apaugļotu olšūnu. Precīzāk, atsevišķi gēni tiek pārnesti no donora organisma uz saņēmēju organismu. Izšķir horizontālo un vertikālo gēnu pārnesi. Gēnu pārnešana var notikt ar transformāciju, konjugāciju vai transfekciju. Tehniskie procesi ir, piemēram, mikroinjekcijas vai biolistiskā metode, kas pazīstama arī kā “gēnu lielgabals”.

Kas ir gēnu pārnešana?

Gēnu horizontālā pārnešana ir process, kurā ģenētiskais materiāls tiek uzņemts vai nodots tālāk bez seksuālās reproduktīvās ceļiem un neatkarīgi no sugas robežām. Gēnu ar noteiktu īpašību ievada genomā un aktivizē tur. Precīzāk, tas nozīmē, ka ģenētiskais materiāls netiek nodots pēc cilts līnijas, savukārt vertikālā gēna pārnešana notiek caur senčiem pēcnācējiem.

Evolūcijas teorijā horizontālā gēnu pārnešana sniedz izskaidrojumu, piemēram, tādu mikroorganismu rašanās gadījumiem, kuriem raksturīgi lieli attīstības lēcieni. No tā savukārt jānošķir vertikālā transmisija kā īpaša forma, ar kuras palīdzību patogēni tiek nodoti citam, izmantojot vienas inficētās paaudzes ģenētisko veidojumu.

Ir pierādīta mikroorganismu un bezmugurkaulnieku horizontālā pārnešana. Piemēram, baktērijās izplatās gēni, kas ir izturīgi pret antibiotikām. No otras puses, Wolbachia baktēriju gadījumā augļa mušas šūnās tiek ievests viss genoms, pat ja tikai daži no gēniem vēlāk uzņemas noteiktas funkcijas.

Tansgēnās DNS straujā sadalīšanās dēļ ārpus šūnas ir diezgan maz ticams, ka mikrobioloģiskajā faunā notiks horizontāla gēnu pārnešana. Galvenokārt tas notiek laboratorijā. Dažādu pretestību un patogēnu parādīšanās pati par sevi savukārt varētu sniegt informāciju par dabā notiekošo gēnu pārnešanu.

Šāda gēnu pārnešana ir pierādīta, piemēram, augsnes baktērijā "Agrobacterium tumefaciens", kurai ir spēja pārnest DNS uz augu šūnām - procesu, ko 1983. gadā pirmo reizi aprakstīja Beļģijas molekulārie biologi Marc Van Montagu un Jozef Schell, un gramnegatīvā stieņa baktērija "Bartonella henselae", kas caur savu transporta sistēmu spēj pārnest DNS eikariotu šūnās.

Gēnu vertikālā pārnešana savukārt ir krusts, kas notiek divos indivīdos vai augos seksuāla pamata, ar kuru gēni tiek nodoti nākamajām paaudzēm. Mēs runājam par nodošanu gar vertikālo nolaišanās līniju.

Ja, piemēram, tiek šķērsoti transgēnie un ne-transgēnie augi, tie, kas nav transgēni, arī uzņem gēnu konstrukcijas. To var nodot arī hromosomām, kurām ir ģenētiski defekti.

Mikroorganismu gadījumā DNS nodošanu pēcnācējiem sauc par vertikālu transmisiju. Šis termins apraksta arī patogēnu pārnešanu grūtniecības laikā, dzimšanas procesu un pēc piedzimšanas no mātes bērnam. Šeit var rasties infekcijas slimības, piemēram, masaliņas vai HIV.

Funkcija un uzdevums

Gēnu inženierijā ģenētiski modificētu organismu radīšanai tiek izmantota horizontāla gēnu pārnešana. Procedūra ietver daudzas metodes, kas ir atkarīgas no konkrētajām izmaiņām, piemēram, vai tas ir prokariots vai eukariots. Pirmais apraksta dzīvās būtnes, kurām nav kodola. Tās ir, piemēram, baktērijas, precīzāk eubakterijas un arhebaktērijas. Viņiem ir raksturīga augsta bioloģiskā pielāgošanās spēja un vienkārša morfoloģija, tiem nav mitohondriju, citoplazmā brīvs genoms, viņiem ir sarežģīta ārpusšūnu matrica un papildu DNS.

Attiecīgi eikarioti ir organismi, kuriem ir kodols un kuri veidojas no kodolu saturošām mātes šūnām. Tie, savukārt, var būt sporas vai zigoti. Zigota ir diploīda šūna, kas radusies no olšūnas un spermas šūnām. Sporas ir viena vai daudzšūnu mikroorganismi, kuriem ir augsta izturība pret apkārtējās vides iedarbību.

Prokariotos notiek transformācija, transdukcija un konjugācija, eukariotos - transfekcija. Transdukcijas laikā infekcija ar bakteriofāgiem pārnes DNS fragmentus starp divām baktērijām. Konjugācijas laikā DNS tiek pārnests no vienas baktērijas uz otru. Arī no donora līdz saņēmējam pāri sugu robežām. Baktērijām, kas darbojas kā donori, ir F koeficients, kas, pirmkārt, ļauj konjugācijai. Savienojums starp baktērijām tiek izveidots, izmantojot plazmas tiltu, un donors nodod plazmīdu saņēmējam. Transformācija, savukārt, ir brīvas DNS uzņemšana baktērijās.

Slimības un kaites

Pētniekiem tagad ir izdevies pierādīt, ka cilvēka ģenētiskais sastāvs ne tikai tika pārnests no vienas paaudzes uz nākamo, izmantojot vertikālu gēnu pārnesi, bet arī evolūcijas gaitā cilvēki tos pārņēma no baktērijām. Vairāk nekā simts mikroorganismu gēnu atrada ceļu cilvēka genomā, veicot horizontālu gēnu pārnesi.

Pētījuma rezultāts vispirms izraisīja satraukumu 2001. gadā, bet joprojām tika uzskatīts par pretrunīgu. Tā kā gadu gaitā kļuva pieejama plašāka genomu datu bāze, britu zinātnieki salīdzināja augļu mušu, primātu, dažādu apaļo tārpu un cilvēku gēnus ar mikroorganismu ģenētisko uzbūvi. Rezultāts cilvēkiem bija 145 gēni, kas sākotnēji nāk no mikrobu pasaules un arī pilda svarīgus uzdevumus, piemēram, tie ir iesaistīti lipīdu metabolismā vai dažādās imūnās reakcijās.

Šāda horizontāla gēnu pārnešana, iespējams, notiek laikā, kad dažādas sugas vēl nebija sadalījušās. Turpretī nematodes un augļu mušas līdz mūsdienām pastāv gēnu pārnešana šādā formā. Kā šādas baktērijas tika ieviestas cilvēka genomā, vēl nav noskaidrots. Viens no iespējamiem izskaidrojumiem ir vīrusi, kas varētu būt kalpojuši par transporta līdzekli.

Kopumā gēnu pārnešana var pozitīvi ietekmēt organismu veselību, padarot tos imūnus pret ārēju uzņēmību, bet var notikt arī pretēji, ja patogēni, tāpat kā HI vīrusa gadījumā, tiek nodoti citam organismam.