Transferência horizontal de genes: mecanismos e exemplos

A transferência horizontal de genes ou a transferência lateral de genes é a troca de material genico entre os organismos, o que não ocorre nas famílias. Este evento ocorre entre indivíduos da mesma geração e pode ocorrer em seres unicelulares ou multicelulares.

A transferência horizontal ocorre através de três mecanismos principais: conjugação, transformação e transdução. No primeiro tipo, a troca de longos fragmentos de DNA é possível , enquanto nos dois últimos a transferência é restrita a pequenos segmentos do material genético.

Transferência horizontal de genes: mecanismos e exemplos 1

Uma bactéria O THG é comum nesses organismos.Fonte pixabay.com

O conceito oposto é a transferência vertical de genes, onde a informação genética passa de um organismo para sua prole. Esse processo é difundido em eucariotos , como plantas e animais . Por outro lado, a transferência horizontal é comum em microorganismos.

Nos eucariotos, a transferência horizontal não é tão comum. No entanto, há evidências de trocas desse fenômeno, incluindo o ancestral dos seres humanos, que obtiveram certos genes através de vírus.

O que é transferência horizontal de genes?

Durante a reprodução, os organismos eucarióticos passam seus genes de uma geração para a prole (crianças) em um processo conhecido como transferência vertical de genes. O procariota também executar este passo, mas por reprodução assexuada por fissão fenómeno ou outros mecanismos.

No entanto, em procariontes, existe outra maneira de trocar material genético chamado transferência horizontal de genes. Aqui, fragmentos de DNA são trocados entre organismos da mesma geração e podem passar de uma espécie para outra.

A transferência horizontal é relativamente comum entre bactérias. Tomemos o exemplo de genes que causam resistência a antibióticos. Esses importantes fragmentos de DNA são transferidos normalmente entre bactérias de diferentes espécies.

Tais mecanismos envolvem complicações médicas significativas no tratamento de infecções.

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Mecanismos

Existem três mecanismos fundamentais pelos quais o DNA pode ser trocado por transferência horizontal. Estes são conjugação, transformação e transdução.

Conjugação

A transferência de genes por conjugação é o único tipo que envolve contato direto entre as duas bactérias.

No entanto, não deve ser comparado à troca de genes através da reprodução sexual (onde geralmente há um contato entre os organismos envolvidos), uma vez que o processo é muito diferente. Entre as principais diferenças está a ausência de meiose .

Durante a conjugação, a passagem do material genético de uma bactéria para outra é feita através de um contato físico estabelecido por uma estrutura chamada pili. Isso funciona como uma ponte de conexão, onde a troca ocorre.

Embora as bactérias não sejam diferentes nos sexos, o organismo que carrega um pequeno DNA circular conhecido como fator F (fertilidade f) é conhecido como “masculino”. Essas células são os doadores durante a conjugação e passam o material para outra célula que não possui o fator.

O fator F DNA consiste em cerca de 40 genes, que controlam a replicação do fator sexual e a síntese dos pilos sexuais.

A primeira evidência do processo de conjugação vem dos experimentos de Lederberg e Tatum, mas foi Bernard Davis quem finalmente demonstrou que o contato era necessário para a transferência.

Transformação

A transformação envolve a obtenção de uma molécula de DNA nu que é encontrada no ambiente próximo a uma bactéria receptora. Este fragmento de DNA vem de outra bactéria.

O processo pode ser realizado naturalmente, uma vez que as populações bacterianas normalmente sofrem transformação. Da mesma forma, a transformação pode ser simulada em laboratório para forçar as bactérias a pegar um DNA de interesse encontrado fora.

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Teoricamente, qualquer fragmento de DNA pode ser retirado. No entanto, foi observado que o processo envolve pequenas moléculas.

Transdução

Finalmente, o mecanismo de transdução ocorre através de um fago (vírus) que transporta o DNA de uma bactéria doadora para um destinatário. Como no caso anterior, a quantidade de DNA transferido é relativamente pequena, pois a capacidade do vírus de transportar o DNA é limitada.

Geralmente, esse mecanismo é restrito a bactérias próximas filogeneticamente, uma vez que o vírus que transporta o DNA deve se ligar a receptores específicos de bactérias para injetar o material.

Exemplos

Endonucleases são enzimas que têm a capacidade de quebrar ligações fosfodiéster dentro de uma cadeia polinucleotídica, por dentro – é por isso que são conhecidas como “endo”. Essas enzimas não cortam em lugar nenhum, elas têm locais específicos para isso, chamados locais de restrição.

As seqüências de aminoácidos para as enzimas EcoRI (em E. coli ) e RSRI (em Rhodobacter sphaeroides ) têm uma sequência de quase 300 resíduos de aminoácidos, que são 50% idênticos entre si, o que indica claramente uma estreita relação evolutiva.

No entanto, graças ao estudo de outras características moleculares e bioquímicas, essas duas bactérias são muito diferentes e não têm nenhuma relação do ponto de vista filogenético.

Além disso, o gene que codifica a enzima EcoRI usa códons muito específicos que são diferentes daqueles normalmente usados ​​por E. coli, portanto, suspeita-se que o gene não tenha se originado dessa bactéria.

A transferência horizontal de genes em evolução

Em 1859, o naturalista britânico Charles Darwin revolucionou as ciências biológicas com sua teoria da evolução através da seleção natural. Em seu livro icônico The Origin of Species, Darwin propõe a metáfora da árvore da vida para ilustrar as relações genealógicas entre as espécies.

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Hoje, as filogenias são uma representação formal dessa metáfora , na qual se supõe que a transmissão de informações genéticas ocorra verticalmente – de pais para filhos.

Essa visão pode ser aplicada sem grandes inconvenientes a organismos multicelulares e obteremos um padrão ramificado, como sugere Darwin.

No entanto, essa representação de ramos sem fusões é difícil de aplicar a microorganismos. Ao comparar os genomas de diferentes procariontes, fica claro que há uma extensa transferência de genes entre as linhagens.

Assim, o padrão de relacionamento é mais semelhante a uma rede, com ramos conectados e fundidos, graças à prevalência de transferência horizontal de genes.

Referências

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