Horizontaler Gentransfer

Horizontaler Gentransfer ist die Übertragung genetischen Materials zwischen Organismen auf andere Weise als durch Vererbung von den Eltern auf die Nachkommen, ein Prozess, der bakterielle Genome bemerkenswert dynamisch macht.

Definition

Horizontaler Gentransfer ist die Akquisition genetischen Materials durch einen Organismus aus einer anderen Quelle als seinen Eltern, umfassend Transformation, Transduktion und Konjugation bei Prokaryoten.

Scope

Dieses Thema behandelt die drei Hauptmechanismen des prokaryotischen Gentransfers: die natürliche Transformation, bei der Zellen freie DNA aufnehmen; die Transduktion, bei der Bakteriophagen DNA zwischen Zellen transportieren; und die Konjugation, bei der DNA durch direkten Zell-zu-Zell-Kontakt übertragen wird. Es befasst sich auch mit der Rekombination der übertragenen DNA und den evolutionären sowie angewandten Konsequenzen des Genflusses unter Mikroben.

Core questions

• Welche Hauptmechanismen gibt es, durch die Bakterien DNA austauschen?
• Wie wird übertragene DNA stabil in das Empfängergenom integriert?
• Warum beschleunigt horizontaler Gentransfer die mikrobielle Evolution?
• Wie trägt Gentransfer zur Verbreitung von Resistenzen und Virulenz bei?

Key concepts

• Natürliche Transformation und Kompetenz
• Transduktion durch Bakteriophagen
• Konjugation und der F-Faktor
• Homologe Rekombination von übertragener DNA
• Genfluss und mikrobielle Evolution

Key theories

Mechanismen des genetischen Austauschs

Bakterien erwerben Gene durch Transformation, Transduktion und Konjugation, drei unterschiedliche Wege, die es der DNA ermöglichen, sich zwischen Zellen zu bewegen und durch Rekombination integriert zu werden, wodurch Variationen unabhängig von der vertikalen Vererbung entstehen.

Mechanisms

Bei der Transformation nehmen kompetente Zellen freie DNA aus der Umgebung auf und integrieren sie durch Rekombination. Bei der Transduktion verpackt ein Bakteriophage Wirts-DNA und liefert sie während einer Infektion an eine neue Zelle. Bei der Konjugation überträgt eine Spenderzelle DNA, oft ein Plasmid, über ein spezialisiertes Anhängsel und direkten Kontakt an einen Empfänger. In jedem Fall kann die eingehende DNA auf einem Plasmid erhalten bleiben oder in das Chromosom rekombiniert werden.

Clinical relevance

Horizontaler Gentransfer ist ein Hauptweg für die Verbreitung von Antibiotikaresistenzen und Virulenzgenen unter Bakterien, auch zwischen verschiedenen Spezies, und wird auch als Werkzeug zur Einführung von DNA in Mikroben in Forschung und Biotechnologie genutzt.

History

Frederick Griffiths Transformationsexperimente von 1928 und die spätere Identifizierung von DNA als transformierendes Prinzip, zusammen mit Lederberg und Tatums Entdeckung der Konjugation im Jahr 1946 und der Beschreibung der Transduktion, etablierten, dass Bakterien Gene durch mehrere unterschiedliche Mechanismen austauschen.

Key figures

• Frederick Griffith
• Joshua Lederberg
• Edward Tatum

Seminal works

• madigan2018
• willey2020

Frequently asked questions

Wie unterscheidet sich horizontaler Gentransfer von normaler Vererbung?

Die normale oder vertikale Vererbung gibt Gene während der Reproduktion von einer Elternzelle an ihre Nachkommen weiter. Horizontaler Gentransfer verschiebt Gene zwischen Organismen, die nicht Eltern und Nachkommen sind, sodass ein Bakterium neue Gene von nicht verwandten Zellen erwerben kann.