Mekanisme dan contoh transfer gen horizontal



itu transfer gen horizontal atau transfer gen lateral adalah pertukaran materi genetik antar organisme, yang tidak terjadi dari ayah ke anak. Peristiwa ini terjadi antara individu-individu dari generasi yang sama dan dapat terjadi pada makhluk bersel tunggal atau multiseluler.

Transfer horisontal terjadi melalui tiga mekanisme utama: konjugasi, transformasi dan transduksi. Pada tipe pertama, dimungkinkan untuk bertukar fragmen DNA yang panjang, sedangkan pada dua transfer terakhir terbatas pada segmen kecil dari bahan genetik..

Konsep sebaliknya adalah transfer vertikal gen, di mana informasi genetik berpindah dari suatu organisme ke keturunannya. Proses ini tersebar luas pada eukariota, seperti tumbuhan dan hewan. Sebaliknya, transfer horizontal umum terjadi pada mikroorganisme.

Pada eukariota, transfer horizontal tidak begitu umum. Namun, ada bukti pertukaran fenomena ini, termasuk nenek moyang manusia, yang memperoleh gen tertentu melalui virus.

Indeks

  • 1 Apa itu transfer gen horizontal?
  • 2 Mekanisme
    • 2.1 Konjugasi
    • 2.2 Transformasi
    • 2.3 Transduksi
  • 3 Contoh
  • 4 Transfer horizontal gen dalam evolusi
  • 5 Referensi

Apa itu transfer gen horizontal?

Selama reproduksi, organisme eukariotik meneruskan gen mereka dari satu generasi ke keturunannya (keturunan) dalam proses yang dikenal sebagai transfer gen vertikal. Prokariota juga melakukan langkah ini, tetapi melalui reproduksi aseksual oleh fenomena fisi atau mekanisme lainnya.

Namun, pada prokariota ada cara lain untuk bertukar bahan genetik yang disebut transfer gen horizontal. Di sini, fragmen DNA dipertukarkan antara organisme dari generasi yang sama dan dapat berpindah dari satu spesies ke spesies lainnya.

Transfer horizontal relatif umum di antara bakteri. Ambil contoh gen yang menyebabkan resistensi terhadap antibiotik. Fragmen DNA penting ini ditransfer secara normal di antara bakteri dari spesies yang berbeda.

Mekanisme tersebut mengandaikan komplikasi medis yang signifikan ketika mengobati infeksi.

Mekanisme

Ada tiga mekanisme mendasar dimana DNA dapat ditukar dengan transfer horizontal. Ini adalah konjugasi, transformasi dan transduksi.

Konjugasi

Transfer gen dengan konjugasi adalah satu-satunya jenis yang melibatkan kontak langsung antara kedua bakteri.

Namun, itu tidak boleh dibandingkan dengan pertukaran gen melalui reproduksi seksual (di mana biasanya ada kontak antara organisme yang terlibat), karena prosesnya sangat berbeda. Di antara perbedaan utama adalah tidak adanya meiosis.

Selama konjugasi, perjalanan bahan genetik dari satu bakteri ke bakteri lainnya dilakukan melalui kontak fisik yang dibentuk oleh struktur yang disebut pili. Ini berfungsi sebagai jembatan koneksi, tempat pertukaran terjadi.

Meskipun bakteri tidak berdiferensiasi menjadi jenis kelamin, itu dikenal sebagai "jantan" untuk organisme yang membawa DNA lingkaran kecil yang dikenal sebagai faktor F (kesuburan f). Sel-sel ini adalah donor selama konjugasi, dan mereka mengirimkan materi ke sel lain yang tidak memiliki faktor.

F-faktor DNA terdiri dari sekitar 40 gen, yang mengendalikan replikasi faktor seksual dan sintesis pili seksual..

Bukti pertama dari proses konjugasi berasal dari eksperimen Lederberg dan Tatum, tetapi Bernard Davis yang akhirnya membuktikan bahwa kontak tersebut diperlukan untuk transfer..

Transformasi

Transformasi melibatkan pengambilan molekul DNA telanjang yang ada di lingkungan dekat bakteri inang. Fragmen DNA ini berasal dari bakteri lain.

Proses ini dapat dilakukan secara alami, karena populasi bakteri biasanya mengalami transformasi. Demikian pula, transformasi dapat disimulasikan di laboratorium untuk memaksa bakteri mengambil DNA yang menarik yang ditemukan di luar.

Secara teoritis, setiap fragmen DNA dapat diambil. Namun, telah diamati bahwa prosesnya melibatkan molekul kecil.

Transduksi

Akhirnya, mekanisme transduksi terjadi melalui fag (virus) yang membawa DNA dari bakteri donor ke penerima. Seperti pada kasus sebelumnya, jumlah DNA yang ditransfer relatif kecil, karena kapasitas virus untuk membawa DNA terbatas.

Biasanya, mekanisme ini dibatasi untuk menutup bakteri secara filogenetik, karena virus yang membawa DNA harus berikatan dengan reseptor spesifik bakteri untuk dapat menyuntikkan bahan tersebut..

Contohnya

Endonukleas adalah enzim yang memiliki kemampuan untuk memutuskan ikatan fosfodiester dalam rantai polinukleotida, dari dalam - itulah sebabnya mereka dikenal sebagai "endo". Enzim ini tidak memotong di mana pun, mereka memiliki situs spesifik untuk melakukannya, yang disebut situs restriksi.

Urutan asam amino untuk enzim EcoRI (dalam E. coli) dan RSRI (dalam Rhodobacter sphaeroides) memiliki urutan hampir 300 residu asam amino, yang 50% identik satu sama lain, yang jelas menunjukkan hubungan evolusi yang erat.

Namun, berkat studi karakteristik molekuler dan biokimia lainnya, kedua bakteri ini sangat berbeda dan sangat tidak terkait dari sudut pandang filogenetik..

Selain itu, gen yang mengkode enzim EcoRI menggunakan kodon yang sangat spesifik yang berbeda dari yang biasanya digunakan E. coli, jadi diduga gen itu tidak berasal dari bakteri ini.

Pemindahan gen secara horizontal dalam evolusi

Pada tahun 1859, naturalis Inggris Charles Darwin merevolusi ilmu biologi dengan teorinya tentang evolusi melalui seleksi alam. Dalam bukunya yang ikonik, Asal usul spesies, Darwin mengusulkan metafora pohon kehidupan untuk menggambarkan hubungan silsilah yang ada di antara spesies.

Saat ini, filogeni adalah representasi formal dari metafora semacam itu, di mana diasumsikan bahwa transmisi informasi genetik terjadi secara vertikal - dari orang tua ke anak-anak..

Kita dapat menerapkan visi ini tanpa ketidaknyamanan besar pada organisme multiseluler dan kita akan memperoleh pola bercabang, seperti yang diusulkan Darwin.

Namun, representasi cabang tanpa fusi ini sulit diterapkan pada mikroorganisme. Ketika membandingkan genom prokariota yang berbeda, jelas bahwa ada transfer gen yang luas antara garis keturunan.

Dengan demikian, pola hubungan lebih menyerupai jaringan, dengan cabang-cabang yang terhubung dan digabung bersama, berkat prevalensi transfer gen horizontal..

Referensi

  1. Gogarten, J. P., & Townsend, J. P. (2005). Transfer gen horizontal, inovasi genom dan evolusi. Ulasan Alam Mikrobiologi, 3(9), 679.
  2. Keeling, P. J., & Palmer, J. D. (2008). Transfer gen horizontal dalam evolusi eukariotik. Ulasan Alam Genetika, 9(8), 605.
  3. Pierce, B. A. (2009). Genetika: Suatu pendekatan konseptual. Ed. Panamericana Medical.
  4. Russell, P., Hertz, P., & McMillan, B. (2013). Biologi: Ilmu yang Dinamis. Pendidikan Nelson.
  5. Sumbali, G., & Mehrotra, R. S. (2009). Prinsip mikrobiologi. McGraw-Hill.
  6. Syvanen, M., & Kado, C. I. (2001). Transfer gen horizontal. Pers Akademik.
  7. Tortora, G. J., Funke, B. R., & Case, C. L. (2007). Pengantar mikrobiologi. Ed. Panamericana Medical.