انتقال افقی ژن
انتقال افقی ژن، حرکت مواد ژنتیکی بین باکتریها است که به روشی غیر از وراثت از والد به فرزند صورت میگیرد. از طریق ترانسفورماسیون، ترانسداکسیون و کونژوگاسیون، باکتریها میتوانند ژنها یا خوشههای ژنی کامل را از سلولهای نامرتبط به دست آورند، که این امر به آنها امکان میدهد تا صفات جدیدی مانند مقاومت آنتیبیوتیکی یا بیماریزایی را بسیار سریعتر از آنچه که تنها از طریق جهش امکانپذیر است، کسب کنند.
Definition
انتقال افقی (یا جانبی) ژن، کسب مواد ژنتیکی توسط یک باکتری از سلول دیگر به روشی غیر از وراثت عمودی است که عمدتاً از طریق ترانسفورماسیون، ترانسداکسیون یا کونژوگاسیون صورت میگیرد.
Scope
این موضوع سه مسیر کلاسیک انتقال ژن باکتریایی، عناصر متحرکی که واسطه آنها هستند، موانعی که انتقال را محدود میکنند و پیامدهای تکاملی کسب DNA خارجی را پوشش میدهد. این موضوع به عنوان یک مرجع مکانیکی و تکاملی مورد بررسی قرار میگیرد، نه به عنوان راهنمای بالینی.
Core questions
- مکانیسمهای اصلی حرکت افقی DNA بین باکتریها کدامند؟
- کدام عناصر ژنتیکی متحرک ژنها را بین سلولها حمل میکنند؟
- چه موانعی جذب و ادغام پایدار DNA خارجی را محدود میکنند؟
- انتقال افقی چگونه تکامل باکتریایی و گسترش مقاومت را شکل میدهد؟
Key concepts
- ترانسفورماسیون (جذب DNA آزاد)
- ترانسداکسیون (انتقال با واسطه فاژ)
- کونژوگاسیون (انتقال سلول به سلول)
- عناصر ژنتیکی متحرک
- عناصر یکپارچهشونده و کونژوگاتیو
- پلاسمیدهای کونژوگاتیو
- موانع انتقال (محدودکننده-اصلاحکننده، CRISPR)
- انعطافپذیری و نوآوری ژنوم
Mechanisms
انتقال افقی ژن از سه مسیر کلاسیک پیش میرود که توسط توماس و نیلسن بررسی شدهاند. در ترانسفورماسیون، یک سلول دارای صلاحیت، DNA آزاد را از محیط خود جذب میکند. در ترانسداکسیون، یک باکتریوفاژ DNA باکتریایی را بستهبندی کرده و به میزبان جدیدی منتقل میکند. در کونژوگاسیون، DNA مستقیماً از یک دهنده به یک گیرنده از طریق تماس سلول به سلول منتقل میشود که معمولاً توسط پلاسمیدهای کونژوگاتیو و عناصر یکپارچهشونده و کونژوگاتیو هدایت میشود، همانطور که توسط اسمیلی و همکاران و توسط ووزنیاک و والدور توضیح داده شده است. DNA کسبشده سپس باید از موانع میزبان، از جمله سیستمهای محدودکننده-اصلاحکننده و دفاع CRISPR فرار کند و به طور پایدار حفظ شود، یا از طریق نوترکیبی در کروموزوم یا به عنوان یک رپلیکون مستقل. اوشمن و همکاران استدلال کردند که چنین انتقالی از ماژولهای عملکردی از پیش مونتاژ شده، منبع اصلی نوآوری باکتریایی است و بخش زیادی از تنوع محتوای ژنی مشاهده شده در ژنومها را توضیح میدهد.
Clinical relevance
انتقال افقی ژن یک مکانیسم اصلی است که از طریق آن ژنهای مقاومت ضدمیکروبی و بیماریزایی در میان باکتریها، از جمله بین گونهها، گسترش مییابند، که آن را برای درک ظهور پاتوژنهای مقاوم، محوری میسازد. این مدخل مکانیسمها را توضیح میدهد و مبنایی برای تصمیمگیریهای بالینی نیست.
History
آزمایشهای ترانسفورماسیون گریفیت و شناسایی بعدی DNA به عنوان اصل ترانسفورماسیون، برای اولین بار نشان داد که باکتریها میتوانند صفات ارثی را از سلولهای دیگر کسب کنند. کشف کونژوگاسیون و ترانسداکسیون، سه مسیر انتقال را تکمیل کرد و ژنومیک مقایسهای، که توسط اوشمن و همکاران سنتز شد، انتقال افقی را به عنوان یک نیروی فراگیر در شکلدهی ژنومهای باکتریایی تثبیت کرد.
Debates
- چه مقدار از تکامل باکتریایی توسط انتقال افقی در مقابل وراثت عمودی هدایت میشود؟
- ژنومیک مقایسهای، کسب گسترده ژن در سراسر دودمانها را نشان میدهد، که این سوال را مطرح میکند که چگونه یک «درخت زندگی» واحد میتواند روابط باکتریایی را به طور قابل اعتمادی نشان دهد، در حالی که بخشهای بزرگی از ژنومها میتوانند به صورت افقی کسب شوند.
Key figures
- Frederick Griffith
- Joshua Lederberg
- Howard Ochman
- Matthew Waldor
Related topics
Seminal works
- ochman-2000
- thomas-2005
- frost-2005
Frequently asked questions
- سه روش اصلی انتقال افقی ژن در باکتریها کدامند؟
- ترانسفورماسیون (جذب DNA آزاد از محیط)، ترانسداکسیون (انتقال توسط باکتریوفاژ) و کونژوگاسیون (انتقال مستقیم بین سلولهای در تماس، معمولاً از طریق یک پلاسمید یا عنصر کونژوگاتیو).
- چرا انتقال افقی ژن برای مقاومت آنتیبیوتیکی اهمیت دارد؟
- این امر به ژنهای مقاومت اجازه میدهد تا بین باکتریها، از جمله بین گونهها، حرکت کنند، بنابراین یک صفت مقاومت که در یک ارگانیسم ایجاد میشود، میتواند به طور گستردهای بدون اینکه فقط از طریق تقسیم سلولی به ارث برسد، پخش شود.