Генен трансфер

Под Генен трансфер се отнася до изкуствения или естествен трансфер на чужд генетичен материал към оплодена яйцеклетка. По-точно отделните гени се прехвърлят от донорски организъм в реципиент. Прави се разлика между хоризонтален и вертикален трансфер на гени. Генният трансфер може да се извърши чрез трансформация, конюгиране или трансфекция. Техническите процеси са, например, микроинжектиране или биолистичният метод, известен още като „генно оръжие“.

Какво е генен трансфер?

Хоризонталният трансфер на гени е процес, при който генетичният материал се приема или предава без сексуални репродуктивни пътища и независимо от границите на видовете. Ген с определено свойство се въвежда в геном и се активира там. По-точно, това означава, че генетичният материал не се пренася по родословие, докато вертикалният пренос на ген се осъществява чрез предци към потомството.

В теорията за еволюцията хоризонталният трансфер на ген дава обяснение за появата на, например, микроорганизми, които се характеризират с големи скокове в развитието. От това на свой ред вертикалното предаване трябва да бъде обособено като специална форма, чрез която патогените се предават на друг чрез генетичен състав на едно заразено поколение.

Хоризонталният трансфер е доказан при микроорганизми и безгръбначни. Например, гени, които са устойчиви на антибиотици, се разпространяват сред бактериите. В случая на бактериите Wolbachia, от друга страна, цял геном се контрабандира в клетките на плодова муха, дори само ако някои от гените по-късно поемат определени функции.

Поради бързото разлагане на танггенна ДНК извън клетката е малко вероятно хоризонталният трансфер на ген да се случи в микробиологичната фауна. Предимно се провежда в лабораторията. Появата на различни резистентности и патогени сама може от своя страна да предостави информация за естествено пренасяне на ген.

Такъв трансфер на ген е доказан например в почвената бактерия "Agrobacterium tumefaciens", която има способността да прехвърля ДНК в растителни клетки, процес, описан за първи път от белгийските молекулярни биолози Марк Ван Монтагу и Йозеф Шел през 1983 г. и в грам-отрицателната бактерия на пръчката "Bartonella henselae", която е в състояние да прехвърля ДНК в еукариотни клетки чрез собствена транспортна система.

Вертикалният пренос на ген от своя страна представлява кръст, който се случва при два индивида или растения на полова основа, при което гените се предават на следващите поколения. Тогава говорим за предаване по вертикалната линия на спускане.

Ако например се кръстосат трансгенни и не-трансгенни растения, не-трансгенните също заемат конструкциите на гените. Може да се предаде и на хромозоми, които имат генетични дефекти.

В случай на микроорганизми предаването на ДНК на потомството се нарича вертикално предаване. Този термин описва и предаването на патогени по време на бременност, процеса на раждане и след раждането от майката към детето. Тук могат да се появят инфекциозни заболявания като рубеола или ХИВ.

Функция и задача

В генното инженерство се използва хоризонтален трансфер на гени за създаване на генетично модифицирани организми. Процедурата включва множество методи, които зависят от конкретната промяна, например дали е прокариот или еукариот. Първият описва живи същества, които нямат ядро. Това са например бактериите, по-точно еубактериите и архебактериите. Те се характеризират с висока биологична адаптивност и проста морфология, нямат митохондрии, геном, свободен в цитоплазмата, имат сложна извънклетъчна матрица и допълнителна ДНК.

Съответно еукариотите са организми, които имат ядро ​​и се развиват от съдържащи нуклеус родителски клетки. Те от своя страна могат да бъдат спори или зиготи. Зиготата е диплоидна клетка, възникнала от яйцеклетки и сперматозоиди. Спорите са единични или многоклетъчни микроорганизми с висока устойчивост на влиянието на околната среда.

При прокариотите се извършва трансформация, трансдукция и конюгация, при еукариотите се извършва трансфекция. По време на трансдукцията инфекция с бактериофаги прехвърля ДНК фрагменти между две бактерии. По време на конюгацията ДНК се прехвърля от една бактерия в друга. Също от донор до получател през границите на видовете. Бактериите, които действат като донори, имат F-фактор, който прави конюгирането възможно на първо място. Връзка между бактериите се създава с помощта на плазмен мост и донорът предава плазмида на реципиента. Трансформацията от своя страна е усвояването на свободна ДНК от бактерии.

Болести и неразположения

Изследователите вече успяха да докажат, че човешките гени не само са се прехвърляли от едно поколение на следващо чрез вертикален пренос на ген, но и че хората са ги превзели от бактериите в хода на еволюцията. Повече от сто гена от микроорганизми намериха път в човешкия геном чрез хоризонтален трансфер на гени.

Резултатът от изследването за първи път предизвика вълнение през 2001 г., но все още се смята за противоречив. Тъй като с напредването на годините стана по-обширна база данни за геноми, британските учени сравняват гените от видове плодови мухи, примати, различни кръгли червеи и хора с генетичния състав на микроорганизмите. Резултатът при хората е 145 гена, които първоначално идват от света на микробите и също изпълняват важни задачи, например те участват в липидния метаболизъм или в различни имунни реакции.

Такъв хоризонтален трансфер на гени вероятно се случва в момент, когато различните видове все още не са се разделили. За разлика от тях генният трансфер в тази форма съществува и до днес при нематоди и плодови мухи. Как са внесени такива бактерии в генома на човека, все още не е изяснено. Едно възможно обяснение са вирусите, които биха могли да послужат като средство за транспорт.

По принцип генният трансфер може да има положителен ефект върху здравето на организмите, като ги направи имунизирани срещу външна чувствителност, но може да се случи и обратното, при което патогените, както в случая с вируса на HI, се предават на друг организъм.