انتقال افقی ژن
انتقال افقی ژن، حرکت مواد ژنتیکی بین ارگانیسمها به روشی غیر از وراثت از والد به فرزند است؛ فرآیندی که باعث میشود ژنوم باکتریایی به طور قابل توجهی پویا باشد.
Definition
انتقال افقی ژن، کسب مواد ژنتیکی توسط یک ارگانیسم از منبعی غیر از والد خود است که شامل ترانسفورماسیون، ترانسداکشن و کونژوگاسیون در پروکاریوتها میشود.
Scope
این موضوع سه مکانیسم اصلی انتقال ژن در پروکاریوتها را پوشش میدهد: ترانسفورماسیون طبیعی، که در آن سلولها DNA آزاد را جذب میکنند؛ ترانسداکشن، که در آن باکتریوفاژها DNA را بین سلولها حمل میکنند؛ و کونژوگاسیون، که در آن DNA از طریق تماس مستقیم سلول به سلول منتقل میشود. همچنین به نوترکیبی DNA منتقل شده و پیامدهای تکاملی و کاربردی جریان ژن در میان میکروبها میپردازد.
Core questions
- مکانیسمهای اصلی تبادل DNA توسط باکتریها کدامند؟
- چگونه DNA منتقل شده به طور پایدار در ژنوم گیرنده ادغام میشود؟
- چرا انتقال افقی ژن تکامل میکروبی را تسریع میکند؟
- چگونه انتقال ژن به گسترش مقاومت و بیماریزایی کمک میکند؟
Key concepts
- ترانسفورماسیون طبیعی و صلاحیت
- ترانسداکشن توسط باکتریوفاژها
- کونژوگاسیون و فاکتور F
- نوترکیبی همولوگ DNA منتقل شده
- جریان ژن و تکامل میکروبی
Key theories
- مکانیسمهای تبادل ژنتیکی
- باکتریها ژنها را از طریق ترانسفورماسیون، ترانسداکشن و کونژوگاسیون به دست میآورند، سه مسیر متمایز که به DNA اجازه میدهند بین سلولها حرکت کرده و از طریق نوترکیبی ادغام شوند و تنوعی مستقل از وراثت عمودی فراهم کنند.
Mechanisms
در ترانسفورماسیون، سلولهای دارای صلاحیت، DNA آزاد را از محیط جذب کرده و آن را از طریق نوترکیبی ادغام میکنند. در ترانسداکشن، یک باکتریوفاژ DNA میزبان را بستهبندی کرده و در طول عفونت به سلول جدیدی تحویل میدهد. در کونژوگاسیون، یک سلول دهنده DNA، که اغلب یک پلاسمید است، را از طریق یک زائده تخصصی و تماس مستقیم به یک گیرنده منتقل میکند. در هر مورد، DNA ورودی ممکن است روی یک پلاسمید حفظ شود یا در کروموزوم نوترکیب شود.
Clinical relevance
انتقال افقی ژن یک مسیر اصلی برای انتشار مقاومت آنتیبیوتیکی و ژنهای بیماریزایی در میان باکتریها، از جمله بین گونههای مختلف، است و همچنین به عنوان ابزاری برای وارد کردن DNA به میکروبها در تحقیقات و بیوتکنولوژی مورد بهرهبرداری قرار میگیرد.
History
آزمایشهای ترانسفورماسیون فردریک گریفیت در سال ۱۹۲۸ و شناسایی بعدی DNA به عنوان اصل ترانسفورماسیون، همراه با کشف کونژوگاسیون توسط لدربرگ و تاتوم در سال ۱۹۴۶ و توصیف ترانسداکشن، نشان داد که باکتریها ژنها را از طریق چندین مکانیسم متمایز مبادله میکنند.
Key figures
- Frederick Griffith
- Joshua Lederberg
- Edward Tatum
Related topics
Seminal works
- madigan2018
- willey2020
Frequently asked questions
- انتقال افقی ژن چه تفاوتی با وراثت عادی دارد؟
- وراثت عادی یا عمودی، ژنها را از یک سلول والد به فرزندانش در طول تولید مثل منتقل میکند. انتقال افقی ژن، ژنها را بین ارگانیسمهایی که والد و فرزند نیستند، جابجا میکند، بنابراین یک باکتری میتواند ژنهای جدیدی را از سلولهای نامرتبط به دست آورد.