Шта све може да учини једна бактерија?
Добро, да, може да инфицира некога и да се размножи и да изазове болест и… да добије нове гене? Да би нам било јасно како то функционише и какве су последице оваквог феномена, прво се морамо упознати са појмом хоризонталног трансфера гена.
А шта је трансфер гена и зашто баш хоризонтални?
Трансфер гена представља пренос делова ДНК између јединки, најчешће исте врсте, и могуће га је поделити на вертикални и хоризонтални.
Вертикални трансфер гена подразумева пренос генетичког материјала са родитеља на потомство у виду наслеђивања и један је од главних еволутивних механизама код организама који се размножавају полно. Ови организми стварањем гамета преносе део своје ДНК на потомство, доприносећи са по 50% њиховом укупном генетичком материјалу.
При вертикалном трансферу гена постоје два донора (родитеља). Како би потомство било која два донора било у стању да преживи и да се даље размножава, донори морају бити довољно генетички слични, односно припадати истој врсти. Уколико то није случај, може се десити да се роди стерилна јединка, па чак и јединка која није у стању да преживи.
Хоризонтални трансфер гена не подразумева наслеђивање већ се том приликом размењује генетички материјал током живота обе јединке, донора и примаоца, који због природе процеса могу и не морају припадати истим систематским категоријама.
Да ли само бактерије могу овако да размењују гене?
Иако се о хоризонталном трансферу гена често говори у контексту трансфера између прокариотских јединки (бактерија и археа), значајан је и онај који се дешава између прокариотских и еукариотских ћелија. Наравно, не треба занемарити ни трансфер гена између еукариотских јединки, али се он, због сложености њихове структуре, ређе дешава.
До хоризонталног трансфера гена између прокариота, једноћелијских организама без једра и органела, може доћи на више начина. Сви су они од изузетног значаја за прокариоте јер при размножавању стварају јединке које су клонови својих родитеља. То значи да без трансфера гена популације бактерија остају генетички идентичне, те да не постоје јединке које су боље прилагођене условима средине.
Са еволутивне тачке гледишта, то значи смрт за популацију чим се појави нека претња јер често не постоји ниједна јединка која може да се избори са њом и омогући опстанак популације. Некада се може десити да код неких јединки дође до мутације која ће послужити као сламка спаса у датој ситуацији, али за то је потребно време, а често и срећа, па прокариоти хоризонталним трансфером преузимају ствар у своје руке.
У литератури су издвојена три најчешћа и најбоље проучена механизма хоризонталног трансфера код прокариота – трансформација, трансдукција и конјугација.
Трансформација подразумева преузимање генетичког материјала из спољашње средине и његово уграђивање у генетички материјал примаоца. Овај процес је карактеристичан по томе што донор може бити било која ћелија, јер прималац не може разликовати гене пореклом од бактерија и оне које припадају сложенијим организмима.
Трансдукција се ослања на вирусе као преносиоце генетичког материјала. Када фаг, вирус који инфицира бактерију, разори и напусти бактеријску ћелију у којој се накратко настанио, може се десити да са собом понесе део њеног генетичког материјала и да га касније преда новом домаћину. Овај механизам преноса постоји само између припадника исте врсте јер сваки фаг има свог специфичног домаћина.
Конјугација је специфична по томе што су и донор и прималац живе ћелије. У овом случају долази до физичког контакта и спајања две бактеријске ћелије посебним наставком који се назива конјугативни пилус. Пилус служи као мост између ћелија кроз који пролази генетички материјал. Овај материјал је пореклом од плазмида, кружних двоструких ДНК ланаца, а настаје тако што се плазмид исече на тачно одређеном месту, па један ланац прелази у ћелију примаоца, а други остаје у донорској, што је још једна карактеристика овог механизма.
Добро, а нешто што нису само бактерије?
Хоризонтални трансфер гена није искључив када су у питању различити домени живота, па тако постоје и примери размене генетичког материјала између прокариотских и еукариотских ћелија. Најбољи пример за ову појаву јесте управо трансфер гена између претка еукариотске ћелије и митохондрија и/или пластида, познатији као ендосимбиотски трансфер.
Са друге стране, редак је трансфер гена са еукариота на прокариоте. Иако је познат садржај великог броја еукариотских генома, те би проналажење постојећих елемената пореклом од еукариота било релативно лако, до сада није пронађен било какав доказ за њихово постојање.
Било је покушаја да се докаже да је овакав вид трансфера реалан, па се појавио чак и рад који је тврдио да Mycobacterium tuberculosis, бактерија изазивач туберкулозе, своје гене који кодирају за токсине дугује управо еукариотима. Међутим, овај рад је убрзо демантован, а ни даљи покушаји да се докаже постојање сличних механизама нису били успешни.
Неколико је хипотеза које објашњавају одсуство еукариотских гена код прокариота. Док је према некима главни узрок овог феномена то што су еукариотски гени сложенији, други пак сматрају да прокариоти од њих једноставно немају користи, а да притом и чешће долазе у контакт једни са другима, па трансфери свакако не би могли бити учестали.
Ово је и даље прича о бактеријама, шта је са еукариотима?
Хоризонтални трансфер гена између еукариота био је предмет дискусије претходних деценија, али је временом прикупљена велика количина доказа о постојању таквих механизама код еукариотских организама.
Један од таквих био је и пример трансфера гена између гљива – Pyrenophora tritici-repentis, одавно позната патогена гљива која код пшенице изазива пегавост, неочекивано је добила на вирулентности. Испоставило се да је за то заслужан ген који је задужен за синтезу једног токсина, ToxA, који је до генома ове гљиве дошао трансфером са другог патогена – Stagonospora nodorum.
Након овог открића, дошло је и до објављивања великог броја сличних истраживања која су потврдила да је хоризонтални трансфер гена између еукариота ипак могућ.
Без обзира на то колико смо сви различити, од најпростије бактерије, преко квасаца до људи, везује нас начин на који смо изграђени – наша и биљна и вирусна и свака друга ДНК је на крају само то, ДНК. Иако се некада понашамо као да то није случај, сви смо ми само различити облици речи сачињених од четири иста слова.
Извори:
Hartwell, Leland, et al. Genetics: from genes to genomes. New York: McGraw-Hill, 2008.
Sanders, Ian R. “Rapid disease emergence through horizontal gene transfer between eukaryotes.” Trends in Ecology & Evolution21.12 (2006): 656-658.
Soucy, Shannon M., Jinling Huang, and Johann Peter Gogarten. “Horizontal gene transfer: building the web of life.” Nature Reviews Genetics16.8 (2015): 472-482.
