Vízszintes géntranszfer

A gének horizontális transzferje vagy laterális géntranszfer olyan folyamat, amelyben egy organizmus magában foglalja egy másik szervezet genetikai anyagát anélkül, hogy utódja lenne. Ezzel szemben a vertikális transzfer akkor következik be, amikor a szervezet genetikai anyagot kap őstől. A legtöbb genetikai kutatás a vertikális transzferre összpontosított, de a legújabb kutatások azt mutatják, hogy a horizontális géntranszfer jelentős jelenség. A géntechnológia nagy része magában foglalja a gének vízszintes mesterséges átvitelét.

Történelmi

A gének vízszintes transzferjét két különböző fajú baktérium között először 1959-ben írták le egy japán kiadványban, amely bemutatja az antibiotikum-rezisztencia transzferének fennállását a különböző baktériumfajok között. Ezt a kutatást azonban nyugaton egy évtizedig figyelmen kívül hagyták. Michael Syvanen volt az első nyugati biológus, aki a horizontális géntranszferek gyakoriságát tanulmányozta. Syvanen 1984-től kezdődően számos cikket tett közzé a horizontális géntranszferről, és azt jósolta, hogy a horizontális géntranszfer valóban létezik, annak valódi biológiai jelentősége van, és hogy ez egy olyan folyamat, amely a Föld életének kezdetétől fogva formálta az evolúció történetét. .

Ahogy Jain, Rivera és Lake (1999) fogalmazott: „A gének és genomok vizsgálata egyre inkább azt jelzi, hogy sok horizontális transzfer történt a prokarióták között. ". Úgy tűnik, hogy a jelenségnek volt némi jelentősége az egysejtű eukarióták számára is. Mint Bapteste és mtsai. (2005) szerint "új bizonyítékok arra utalnak, hogy a gének transzferje szintén fontos evolúciós mechanizmus lehet a protisztákban  ".

Az ismert tények számának növekedése miatt, amelyek e jelenségek fontosságára utalnak az evolúcióban, olyan molekuláris biológusok, mint Peter Gogarten, a horizontális géntranszfert "a biológia új paradigmájaként" írták le.

Prokarióták

Úgy tűnik, hogy a horizontális géntranszfer az archeákban és a baktériumok között is elterjedt . Ezt a folyamatot tartják az egyik fő tényezőnek a baktériumok antibiotikumokkal szembeni rezisztenciájának növelésében . Amint egy sejt megszerezte az ellenállást, átterjedhet a különféle fajok baktériumaira, sőt, néha még különféle nemzetségekre is . A prokariótákban a genetikai anyagcsere három fő rendszere létezik:

Egyéb csererendszereket elismertek:

Eukarióták

A rendelkezésre álló genomok szekvenciáinak elemzése azt mutatja, hogy a kloroplaszt és a mitokondriális genomok és a nukleáris genom között géntranszfer zajlik . Amint azt az endoszimbióta elmélet jelzi, a mitokondriumok és a kloroplasztikumok valószínűleg az eukarióta sejt őseiből származó endoszimbióta baktériumokból származnak.

A baktériumok és egyes gombák, különösen a Saccharomyces cerevisiae élesztő közötti horizontális génátadást szintén leírták.

Bizonyíték van arra is, hogy a mitokondriális gének horizontálisan átvihetők a Rafflesiaceae család parazitája és gazdája között, vagy egy még nem azonosított növény kloroplasztjaiból a bab mitokondriumaiba.

Az algák ( Vaucheria ) és az ezeket fogyasztó puhatestűek ( Elysia ) közötti átvitel esetét 2008-ban írták le.

A 2009 , tanulmány (a növényekre) azt javasolta, hogy oltás egy útvonalat horizontális gén transzfer.

A 2010 , a kutatók a University of Arizona bizonyította a levéltetű genom fennállásának gének át gombák , a kifejezés ezen gének termelését teszi lehetővé karotinoid ebben állatfajok.

A pontos mechanizmusok még nem ismertek. Az egyik hipotézis szerint a transzpozonok befogadása a gazdasejtbe a vektor által szállított vírusoknak köszönhető : talajgomba, féreg, levéltetű, harapó rovar, parazita növény stb.

Legalább egy összehasonlító molekuláris elemzése azt sugallja, hogy létezik egy korábbi horizontális transzfer között néphrozoaires  : a zsákállatok az eredménye egy hibridizáció egy primitív és egy nem-gerinces kétoldalas gerinchúrosok .

Egy 2021-es tanulmány azt mutatja, hogy a Bemisia tabaci az első ismert rovarfaj, amely egy gént kölcsönzött közvetlenül egy növénytől és integrálta genomjába.

Vírus

Egy tanulmány kimutatta, hogy horizontális géntranszferek történhettek egy óriási vírus, a Mimivirus és bizonyos baktériumok között. A mimivírusnak valóban van egy topoizomerázt kódoló génje, amely hasonló a baktériumokban találhatóhoz.

Szerep az evolúcióban és annak tanulmányozásában

A vízszintes géntranszfer fontos hibatényező a filogenetikai fák létrehozásában .

2004-ben a biológus Peter Gogarten  (in) megállapítja, hogy „az eredeti metafora egy fa már nem illeszkedik az adatokat a legújabb elemzések a genom” , és hogy „a biológusok használja a kép egy mozaik, hogy leírja a különböző történeteket kombinálhatók egyetlen genom, és egy háló képe jelzi a vízszintes transzfer mikrobákra gyakorolt ​​cseréinek és kooperatív hatásainak sokaságát ” . Ezután filogenetikai hálózatokról beszélünk .

2017-ben Éric Bapteste könyvének előszavában Hervé Le Guyader kijelenti: „A horizontális transzferek révén a fák hálózatokká válnak; az ökoszisztémák cseréjének bonyolultsága révén a ciklusok hálózattá válnak. [...] A hálózatokon keresztül [ma már lehetséges] logikusan tanulmányozni a biológiai entitások közötti térbeli és időbeli kölcsönhatásokat, még a szervezet különböző szintjeiről is. " .

Valójában meg kell különböztetnünk a gének és a fajok történetét, a genom különböző részeinek története eltérő lehet, míg a filogenetikai fa fogalma továbbra is érvényes a fajokra. 1980-tól és különösen 2000 után számos csapat, köztük Peter Gogarten  (en) , a horizontális transzferek integrálásával foglalkozott a filogenetikai vizsgálatokban, ahelyett, hogy elutasította volna őket („filogenetikai megbékélés”). Egy külső gén megszerzése, akárcsak a morfológiai módosítások, de a mutációktól eltérően, hozzáférést biztosít az időbeli orientációhoz: a befogadó a megszerzett gént tartalmazó fajcsoport őse, és a donorral egy időben élt (és ugyanazon a helyen). A mikroorganizmusokban nagyon gyakran előforduló horizontális transzferek lehetővé tették a cianobaktériumok , archeák és gombák fajainak kronológiájának megállapítását .

A horizontális géntranszferek gyakorlati alkalmazása

Két módszer használja ki a horizontális géntranszfereket:

Ezeknek a természetes horizontális géntranszfereknek a megléte kétszeresen relativizálja a GMO-k és a génterápia feltételezett veszélyeit. Először is, a tudományos adatok azt mutatják, hogy ezek a transzferek rendkívül ritkák (legalábbis azok, amelyek fenntartva vannak és működőképesek), és nem okoznak ökológiai egyensúlyhiányt. A GMO-khoz kapcsolódó horizontális transzferek kockázatát elhanyagolhatónak tekintik a környezeti és egészségügyi veszélyek szempontjából. Másodszor, a transzgenesisnek nincs több bomlasztó hatása a DNS-re, mint a természetes módosítások (mutáció és keresztezés).

A tengeri baktériumok génjeinek vízszintes átvitele a japánok bél mikroflórájában található baktériumra

A táplálkozás idővel lehetővé tenné a gének horizontális átvitelét az élelmiszer bolusból az emberi bél mikrobiotájába .

A porphyra vörös moszat ehető moszat, amelyet sushi és maki készítéséhez használnak. A japánok nagyon sokáig nagy mennyiségben fogyasztják a moszatot. Az elmúlt tízezer évben valószínűleg megörökölték ezt a képességet, hogy bélmikrobiájájukon keresztül lebontsák az algák rostjait. Ez a tengeri baktériumok génjeinek ( Zobellia galactanivorans ) vízszintes átvitelével történik a bél mikroflóra ( Bacteroides plebeius ) baktériumainak genomjába .

A japánok rendelkeznek az algafal poliszacharid , porfirán lebontásához és teljes metabolizálásához szükséges összes genetikai géppel. Ez lehetővé teszi számukra az algák emésztését, ellentétben más populációkkal.

Megjegyzések és hivatkozások

(fr) Ez a cikk részben vagy egészben venni a Wikipedia cikket angolul című „  Horizontális géntranszfer  ” ( lásd a szerzők listáját ) .
  1. K. Ochiai, T. Yamanaka, K. Kimura és O. Sawada: „A gyógyszerrezisztencia (és annak transzferje) öröklődése a Shigella törzsek között, valamint a Shigella és E. coli törzsek között”, Hihon Iji Shimpor , vol. 1861, 1959.
  2. T. Akiba, K. Koyama, Y. Ishiki, S. Kimura, T. Fukushima, „Shigella többszörösen gyógyszerrezisztens klónjainak kialakulásának mechanizmusáról”, Jpn. J. Microbiol. , repülés. 4. o. 1960,  219–227 .
  3. Michael Syvanen, „ Fajok közötti géntranszfer ; Következmények az evolúció új elméletéhez ” , J. Theor. Biol. , repülés. 112. o.  333-343 , 1985.
  4. (in) Lake, James A. és Maria C. Rivera, "  Horizontális géntranszfer a genomok között: A komplexitás hipotézise  " , PNAS (Proceedings of the National Academy of Science) , vol.  96: 7,1999, P.  3801-3806 ( DOI  10.1073 / pnas.96.7.3801 )
  5. (in) Bapteste és mtsai: "Az  ortológ gén filogenikái valóban támogatják-e a fa-gondolkodást?  ” , BMC Evolutionary Biology , vol.  5:33,2005( online olvasás , konzultáció 2007. március 18-án )
  6. (in) Gogarten Peter, "  Horizontális géntranszfer : új paradigma a biológia számára  " , Esalen Elméleti és Kutatási Központ konferencia ,2000( online olvasás , konzultáció 2007. március 18-án )
  7. (in) Garcia-Vallvé S Romeu A, J Palau, "  Horizontális géntranszfer a bakteriális és archeális genomokban teljes  " , Genomkutatás , vol.  10, n o  11,2000. november, P.  1719-1725 ( PMID  11076857 , olvasható online )
  8. Tannier et al. (2019) .
  9. Jeffrey L. Blanchard és Michael Lynch: „Organelláris gének: miért kerülnek a sejtmagba? » , Trendek a genetikában , vol. 16. o. 315-320, 2000. (Megvitatja az elméleteket arról, hogy a mitokondriumok és a kloroplaszt gének hogyan kerülnek át a sejtmagba, és arról is, hogy egy génnek milyen lépéseket kell teljesítenie a folyamat befejezéséhez.)
  10. Hall-C, Brachat S, Dietrich FS. „A horizontális géntranszfer hozzájárulása a Saccharomyces cerevisiae evolúciójához. " Eukarióta sejt, 2005. június 4. (6): 1102-1115. [1]
  11. Charles C. Davis és Kenneth J. Wurdack, „A gazda-parazita géntranszfer  a virágos növényekben: Phylogenetic Evidence from Malpighiales  ”, Science , vol.  305, n °  5684,2004. július 30, P.  676–678 ( DOI  10.1126 / science.1100671 , online olvasás )
  12. Daniel L Nickrent, Albert Blarer, Yin-Long Qiu, Romina Vidal-Russell és Frank E Anderson, „  Filogenetikai következtetés Rafflesiales-ben: a sebesség heterogenitásának és a horizontális géntranszfer hatása  ”, BMC Evolutionary Biology , vol.  4, n o  40,2004, P.  40 ( DOI  10.1186 / 1471-2148-4-40 , olvassa el online )
  13. Magdalena Woloszynska, Tomasz Bocer, Pawel Mackiewicz és Hanna Janska: „  A kloroplaszt DNS-fragmens vízszintesen, valószínűleg nem eudicots-ból került a Phaseolus mitokondriális genomjába  ”, Plant Molecular Biology , vol.  56, n o  5,2004. november, P.  811-820 ( DOI  10.1007 / s11103-004-5183-y )
  14. Mary E. Rumpho, Jared M. Worful, Jungho Lee, Krishna Kannan, Mary S. Tyler, Debashish Bhattacharya, Ahmed Moustapha és James R. Manhart „A  psbO algamag gén horizontális géntranszferje a fotoszintetikus tengeri csiga Elysia chlorotica  », PNAS , vol.  105, n o  46,2008. november, P.  17867-17871 ( DOI  10.1073 / pnas.0804968105 )
  15. Sandra Stegemann és Ralph Bock, „A genetikai anyag cseréje a sejtek között növényi szövetgraftokban” , Science , vol. 324. o.  649-651 , 2009. május.
  16. (in) Nancy A. Moran és Tyler Jarvik, "  Gombák oldalirányú átadása a gombákból a levéltetvek karotinoidtermelésének hátterében  " , Science Vol. 328 sz. 5978, p. 624-627,2010. április 30(megtekintés : 2010. április 30. )
  17. (in) AM Ivancevic, AM Walsh, RD Kortschak, D. Adelson, "  Jumping the fine LINE entre species: Horizontal transfer of transposable Elements in animals catalysis genome Evolution  " , BioEssays , vol.  35, n o  12,2013, P.  1071–1082 ( DOI  10.1002 / bies.201300072 )
  18. (in) A teljes genom feltárja egy kiméra eredetet egy nagyobb metazoa-együttes számára
  19. (a) Ji-Xing Xia Guo Zhaojiang, Zezhong Yang Haolin Han Shaoli Wang Haifeng Xu Xin Yanf, Fengshan Yang Qingjun Wu Wen Xie, Xuguo Zhou, Wannes Dermauw Ted C. Turlings és Zhang Youjun, "  Molytetű hijacks egy növény méregtelenítő gén semlegesíti a növényi toxinokat  ” , Cell ,2021. március 25( DOI  10.1016 / j.cell.2021.02.014 , online olvasás , hozzáférés : 2021. március 25. ).
  20. (a) Heidi Ledford, "  első ismert génátvitel növényi rovar approbation  " , Nature ,2021. március 25( online olvasás , konzultáció 2021. március 25 - én ).
  21. (in) Delphine Benarroch, Jean-Michel Claverie, Didier Raoult és Stewart Shuman: "  A DNS topoizomeráz IB mimivírusának jellemzése horizontális géntranszferre utal eukaryalis vírusokra és baktériumokra  " , Journal of Virology , n o  Vol. 80 1. sz.,2006. január( online olvasás )
  22. Graham Lawton: "Miért tévedett Darwin az élet fájával kapcsolatban" , New Scientist , 2009. január 21.
  23. (in) Olga Zhaxybayeva és J. Peter Gogarten , "  kladogenezis, koaleszcencia és az élet három területének alakulása  " , Trends in Genetics  (in) , vol.  20, n o  4,2004. április, P.  182-187 ( DOI  10.1016 / j.tig.2004.02.004 , online olvasás ).
  24. Bapteste (2017) .
  25. (in) Adrián A. Davin, Eric Tannier Tom A. Williams, Boussau Bastien, Vincent Daubin és Szöllősi J. Gergely, "  A géntranszferek időzíthetik az élet fáját  " , Nature Ecology and Evolution , vol.  2,2018. április 2, P.  904-909 ( DOI  10.1038 / s41559-018-0525-3 ).
  26. Paul Keese , "  kockázatok kból miatt horizontális géntranszfer  ," Environmental Biosafety Research , n o  7,1 st július 2008, P.  123–149 ( PMID  18801324 , DOI  10.1051 / ebr: 2008014 , online olvasás )
  27. Gijs A. Kleter Ad ACM Peijnenburg és Henk JM Aarts , "  Egészségügyi megfontolások a géntechnológiával módosított növényekben jelenlévő mikrobiális transzgének horizontális transzferjéről  ", Journal of Biomedicine & Biotechnology , n o  20052017. november 28, P.  326–352 ( PMID  16489267 , PMCID  PMC1364539 , DOI  10.1155 / JBB.2005.326 , online olvasás )
  28. Werner Arber , „  Genetic engineering mint a természetes genetikai variációk  ”, New Biotechnology , n o  27,2010. november 30, P.  517–521 ( PMID  20472106 , DOI  10.1016 / j.nbt.2010.05.007 , online olvasás )
  29. AJ Conner és JM Jacobs , "  Genetic engineering növények potenciális forrása a genetikai veszély az emberi étrendben  ," Mutation Research , n o  443,1999. július 15, P.  223–234 ( PMID  10415441 , online olvasás )
  30. (in) Jan-Hendrik Hehemann, Gurvan Michel, Tristan Barbeyron William Helbert Mirjam Czjzek és Gaelle Correction, "  A szénhidrát-aktív enzimek átvitele tengeri baktériumokból a japán bél mikrobiotába  " , Nature , n o  08937,2010
  31. (in) Jan-Hendrik Hehemann, Alisdair B. Boraston és Mirjam Czjzek, "  Édes új hullám: A tengeri algákból származó poliszacharidokat emésztő enzimek szerkezete és mechanizmusa  " , Jelenlegi vélemény a strukturális biológiában ,2014
  32. (in) Jan-Hendrik Hehemann, Amelia G. Kelly, Nicholas A. Pudlo, Eric C. Martens, és Alisdair B. Boraston., "  Baktériumok az emberi bél microbiome kataboiizáiják vörös alga glikánok a szénhidrát-aktív enzim frissítéseket extrinsic mikrobák  ” , PNAS ,2012

Lásd is

Bibliográfia

Kapcsolódó cikkek