Dalla scoperta di un fenomeno come il trasferimento genico orizzontale, ovvero non dai genitori alla prole, l'intero mondo vivente sul nostro pianeta è stato rappresentato come un unico sistema informativo. E in questo sistema diventa possibile prendere in prestito un'invenzione evolutiva di successo di una specie da parte di un' altra. Che cos'è il trasferimento genico verticale e orizzontale, quali sono i meccanismi di questo processo ed esempi nel mondo biologico - tutto questo è l'articolo.
Geni vicini
Tutti sanno che prendiamo i nostri geni dai nostri genitori. E sono dei loro genitori. Questo è il trasferimento verticale. E se improvvisamente si verifica una mutazione che si rivela utile per la sopravvivenza o l'adattamento, e prende piede nel genoma della popolazione, allora la specie otterrà vantaggi nella lotta per l'esistenza.
Allo stesso tempo, una persona ha i propri geni,gli afidi hanno il loro e gli squali hanno il loro. È quasi impossibile per loro passare da una specie all' altra. Ma a volte succede: questo è il trasferimento genico orizzontale.
Questo è ciò che fa la moderna ingegneria genetica. Gli organismi geneticamente modificati sono il risultato di tale trasferimento genico (ad esempio, il tardigrado luminoso nella foto sopra). Ma in natura questo fenomeno esiste da molto tempo.
Il cuore della questione
Il trasferimento genico verticale è il fenomeno del trasferimento di materiale ereditario dalle forme parentali agli organismi figli.
Il trasferimento genico orizzontale è una situazione naturale di trasferimento di geni da un organismo adulto a un altro. Allo stesso tempo, esistono oggettivamente due organismi e talvolta appartengono a specie biologiche diverse.
Un esempio di trasferimento genico orizzontale nei batteri è il trasferimento di geni di resistenza da un ceppo batterico a un altro.
Condizioni necessarie
Per comprendere questo fenomeno, è necessario conoscere le condizioni alle quali in linea di principio tale trasferimento è possibile, ovvero:
- È necessario disporre di un intermediario per il "trasporto" dei geni da una cellula all' altra, da un organismo all' altro.
- Deve esserci un meccanismo molecolare che permetta l'inserimento di geni estranei nel set genico dell'ospite.
Queste condizioni possono essere soddisfatte da retrovirus e altri trasposoni (elementi del DNA). Ed è proprio questo metodo di trasferimento genico orizzontale che l'ingegneria genetica ha adottato oggi.
Anche seOggi i meccanismi di tale trasferimento genico sono solo allo studio; oltre ai virus, tale trasferimento può avvenire anche con l'ausilio di sezioni libere di acidi desossiribonucleici (trasposoni), che entrano nell'organismo attraverso una semplice introduzione o con organismi parassiti. Quest'ultimo può modificare non solo l'apparato genetico dell'ospite, ma anche il suo posto ecologico nel sistema di biocenosi.
Sfondo
È stato il trasferimento di geni di resistenza agli antibiotici tra diversi ceppi batterici che è stato descritto per la prima volta in Giappone nel 1959.
Già verso la metà degli anni '90, i biologi molecolari hanno dimostrato che il trasferimento genico orizzontale nei procarioti e negli eucarioti era coinvolto nello sviluppo evolutivo della vita sul nostro pianeta.
Nel 2010 è stato pubblicato uno studio del professor Cedric Feschott, che ha presentato un'analisi del genoma delle scimmie opossum e saimiri. Sono stati morsi da un tipo di insetto. Nei genomi dei mammiferi è stato trovato un traspozoo che ha un'identità del 98% con gli insetti. Per tua informazione, questi insetti mordono non solo scimmie e opossum.
D'ora in poi, l'ipotesi del trasferimento genico orizzontale tra diversi domini di organismi è diventata un nuovo paradigma della biologia.
Insetti colorati
E se il trasferimento genico orizzontale nei batteri negli ultimi 30 anni non ha sollevato dubbi tra i biologi, allora la sua possibilità negli organismi multicellulari ha sollevato molte domande. Fu allora che l'attenzione dei biologi fu attratta dall'afide comune, in cuici sono individui con il colore del corpo verde e rosso.
Un'analisi dei pigmenti che danno colore agli individui rossi ha rivelato la presenza di carotenoidi - pigmenti vegetali. Dove hanno preso gli afidi i geni che sono unici per gli organismi vegetali? Oggi, il sequenziamento del genoma dell'insetto è una questione abbastanza semplice per i ricercatori. È così che si è scoperto che i geni degli afidi responsabili della sintesi del pigmento rosso sono completamente identici a quelli di alcuni funghi che parassitano il corpo degli afidi senza causare danni visibili.
Molto probabilmente, all'alba dell'evoluzione degli afidi (circa 80 milioni di anni fa) ci fu un guasto nella macchina genetica e i geni fungini furono incorporati nel genoma dell'insetto.
Evoluzione e biodiversità
Tutta la sistematica filogenetica del mondo organico si basa sul concetto di divergenza di Darwin. La sua essenza è la seguente: non appena si verifica l'isolamento riproduttivo tra le popolazioni di una specie, si può parlare di processo di speciazione. E già due specie continuano ad evolversi in base alla selezione naturale e alle mutazioni casuali.
La scoperta del trasferimento genico orizzontale tra specie e taxa più grandi ha solo dimostrato che in un periodo spazio-temporale così breve (4 miliardi di anni), la materia vivente sul nostro pianeta potrebbe passare da forme unicellulari a forme multicellulari altamente organizzate.
Così, l'intero biota del pianeta diventa un unico laboratorio per la creazione di nuovi tratti ereditari, ed è il movimento orizzontale dei genipotrebbe e continua ad accelerare significativamente il processo evolutivo.
Prendiamo in prestito alcuni geni
Nel 2015, il genetista Alistair Crisp di Cambridge (Regno Unito) ha studiato i genomi di 12 specie di moscerini della frutta Drosophila, 4 specie di nematodi e 10 specie di primati (di cui uno umano). Lo scienziato stava cercando sezioni di DNA "aliene".
I risultati della ricerca hanno confermato la presenza di 145 regioni nel genoma che sono il risultato del trasferimento genico orizzontale negli eucarioti.
Alcuni di questi geni sono coinvolti nel metabolismo di proteine e lipidi, l' altro - nelle risposte immunitarie. Soprattutto, è stato possibile identificare i probabili donatori di questi geni. Risultarono essere protisti (gli eucarioti più semplici), batteri (procarioti) e funghi.
E noi
È già noto in modo affidabile che attraverso il trasferimento genico orizzontale nell'uomo sono comparsi i geni responsabili dei gruppi sanguigni AB0.
La maggior parte delle prove di tale trasferimento genico nei primati è di origine molto antica, risalente a un antenato comune con altri cordati.
Secondo studi recenti, la formazione della placenta nell'uomo è anche responsabile del gene del virus, che è stato catturato da qualche parte all'alba della formazione degli animali placentari.
I risultati del sequenziamento del genoma umano hanno mostrato che esso contiene circa l'8% di frammenti di genomi virali, chiamati "geni dormienti".
L'era dei mutanti
Ci siamo arrivatiil tema delle storie dell'orrore con cui spaventano gli attivisti verdi. E se questi geni "dormienti" si attivassero? O una zecca sta mordendo una persona e trascinando una sorta di orrore nel suo genoma? Oppure mangiamo soia geneticamente modificata e diventiamo mutanti? Ma in fondo, da 4 miliardi di anni, la biodiversità del pianeta è solo aumentata, e tu ed io siamo ancora un po' come le balene, come gli afidi sono come i funghi. Perché?
In primo luogo, il meccanismo del trasferimento orizzontale esiste in natura fintanto che esiste la vita stessa. E sull'esempio degli afidi, è perfettamente chiaro che tale trasferimento genico mirava proprio ad aumentare l'adattabilità degli organismi alle condizioni ambientali (quelli rossi sono meno visibili su alcune parti delle piante). E gli ingegneri genetici in questo senso non hanno inventato nulla di nuovo. I pomodori con i geni dei pesci artici hanno una maggiore tolleranza al freddo, che consente loro di essere coltivati nelle regioni settentrionali.
In secondo luogo, nonostante la possibilità di trasferimento genetico, non abbiamo ancora osservato l'unificazione (uniformità) del genoma di tutti gli organismi viventi sul pianeta. La stabilità del sistema biologico, che è la cellula e l'organismo, è sufficientemente alta da limitare il trasferimento genico inefficiente. Ma allo stesso tempo è questo trasferimento lo strumento dell'evoluzione biologica, che porta alla biodiversità. Quindi non passerà molto tempo prima che gli orsi sembrino aquiloni e i cani assomiglino a camaleonti.
