Desde a descoberta de um fenômeno como a transferência horizontal de genes, ou seja, não de pais para filhos, todo o mundo vivo em nosso planeta tem sido representado como um único sistema de informação. E neste sistema torna-se possível emprestar uma invenção evolutiva bem sucedida de uma espécie por outra. O que é transferência gênica vertical e horizontal, quais são os mecanismos desse processo e exemplos no mundo orgânico - tudo isso é o artigo.
Genes vizinhos
Todo mundo sabe que recebemos nossos genes de nossos pais. E são de seus pais. Esta é a transferência vertical. E se de repente ocorrer uma mutação que se revele útil para a sobrevivência ou adaptação, e se firmar no genoma da população, então a espécie ganhará vantagens na luta pela existência.
Ao mesmo tempo, uma pessoa tem seus próprios genes,os pulgões têm os seus e os tubarões têm os seus. É quase impossível para eles ficar entre as espécies. Mas às vezes acontece - isso é transferência horizontal de genes.
Isto é o que a engenharia genética moderna faz. Organismos geneticamente modificados são o resultado dessa transferência de genes (por exemplo, o tardígrado luminoso na foto acima). Mas na natureza, esse fenômeno existe há muito tempo.
O cerne da questão
Transferência gênica vertical é o fenômeno da transferência de material hereditário de formas parentais para organismos filhos.
A transferência horizontal de genes é uma situação natural de transferência de genes de um organismo adulto para outro. Ao mesmo tempo, dois organismos existem objetivamente e, às vezes, pertencem a espécies biológicas diferentes.
Um exemplo de transferência horizontal de genes em bactérias é a transferência de genes de resistência de uma cepa bacteriana para outra.
Condições necessárias
Para entender esse fenômeno, é necessário conhecer as condições em que tal transferência é possível em princípio, a saber:
- É necessário ter um intermediário para o "transporte" de genes de uma célula para outra, de um organismo para outro.
- Deve haver um mecanismo molecular que permita que genes estranhos sejam inseridos no conjunto de genes do hospedeiro.
Estas condições podem ser preenchidas por retrovírus e outros transposons (elementos de DNA). E são precisamente esses métodos de transferência horizontal de genes que a engenharia genética adotou hoje.
EmboraHoje, os mecanismos dessa transferência gênica estão apenas sendo estudados; além dos vírus, essa transferência também pode ocorrer com a ajuda de seções livres de ácidos desoxirribonucleicos (transposoons), que entram no corpo por meio de uma simples introdução ou com organismos parasitas. Este último pode alterar não apenas o aparato genético do hospedeiro, mas também seu lugar ecológico no sistema de biocenose.
Fundo
Foi a transferência de genes de resistência a antibióticos entre diferentes cepas bacterianas que foi descrita pela primeira vez no Japão em 1959.
Já em meados da década de 1990, biólogos moleculares provaram que a transferência horizontal de genes em procariontes e eucariotos estava envolvida no desenvolvimento evolutivo da vida em nosso planeta.
Em 2010, foi publicado um estudo do professor Cedric Feschott, que apresentava uma análise do genoma dos macacos gambá e saimiri. Eles foram mordidos por um tipo de inseto. Nos genomas de mamíferos, foi encontrado um transpozoon que possui 98% de identidade com insetos. Para sua informação, esses insetos mordem não apenas macacos e gambás.
A partir de agora, a hipótese da transferência horizontal de genes entre diferentes domínios de organismos tornou-se um novo paradigma da biologia.
Insetos coloridos
E se a transferência horizontal de genes em bactérias nos últimos 30 anos não levantou dúvidas entre os biólogos, então sua possibilidade em organismos multicelulares levantou muitas questões. Foi então que a atenção dos biólogos foi atraída pelo pulgão comum, no qualexistem indivíduos com cor verde e vermelha do corpo.
Uma análise dos pigmentos que dão cor aos indivíduos vermelhos revelou a presença de carotenóides - pigmentos vegetais. Onde os pulgões obtiveram genes que são exclusivos de organismos vegetais? Hoje, sequenciar o genoma do inseto é uma questão bastante simples para os pesquisadores. Foi assim que se descobriu que os genes dos pulgões responsáveis pela síntese do pigmento vermelho são completamente idênticos aos de alguns fungos que parasitam no corpo dos pulgões sem causar nenhum dano visível.
Provavelmente, no início da evolução do pulgão (cerca de 80 milhões de anos atrás), houve uma falha na máquina genética e os genes fúngicos foram incorporados ao genoma do inseto.
Evolução e biodiversidade
Toda a sistemática filogenética do mundo orgânico é baseada no conceito de divergência de Darwin. Sua essência é a seguinte: assim que ocorre o isolamento reprodutivo entre populações de uma espécie, podemos falar sobre o processo de especiação. E já duas espécies continuam a evoluir com base na seleção natural e mutações aleatórias.
A descoberta da transferência horizontal de genes entre espécies e táxons maiores só provou que em um período tão curto de espaço-tempo (4 bilhões de anos), a matéria viva em nosso planeta poderia passar de formas unicelulares para multicelulares altamente organizadas.
Assim, toda a biota do planeta torna-se um único laboratório para a criação de novos traços hereditários, e é o movimento horizontal dos genespoderia e continua a acelerar significativamente o processo evolutivo.
Vamos pegar alguns genes emprestados
Em 2015, o geneticista Alistair Crisp de Cambridge (Reino Unido) estudou os genomas de 12 espécies de moscas-das-frutas Drosophila, 4 espécies de lombrigas e 10 espécies de primatas (uma das quais é humana). O cientista estava procurando por seções "alienígenas" de DNA.
Os resultados da pesquisa confirmaram a presença de 145 regiões nos genomas que são o resultado da transferência horizontal de genes em eucariotos.
Alguns desses genes estão envolvidos no metabolismo de proteínas e lipídios, o outro - nas respostas imunes. Mais importante ainda, foi possível identificar prováveis doadores desses genes. Eles acabaram sendo protistas (os eucariontes mais simples), bactérias (procariontes) e fungos.
E nós
Já se sabe com segurança que, através da transferência horizontal de genes em humanos, surgiram os genes responsáveis pelos tipos sanguíneos AB0.
A maioria das evidências para tal transferência de genes em primatas é de origem muito antiga, remontando a um ancestral comum com outros cordados.
De acordo com estudos recentes, a formação da placenta em humanos também é responsável pelo gene do vírus, que foi capturado em algum lugar no início da formação dos animais placentários.
Os resultados do sequenciamento do genoma humano mostraram que ele contém cerca de 8% de pedaços de genomas virais, que são chamados de "genes adormecidos".
A Era dos Mutantes
Aqui chegamoso tema das histórias de horror que assustam os ativistas verdes. E se esses genes "adormecidos" forem ativados? Ou um carrapato está mordendo uma pessoa e colocando algum tipo de horror em seu genoma? Ou comemos soja geneticamente modificada e nos tornamos mutantes? Mas afinal, por 4 bilhões de anos, a biodiversidade do planeta só aumentou, e você e eu ainda somos um pouco como as baleias, como os pulgões são como os cogumelos. Por que isso?
Primeiramente, o mecanismo de transferência horizontal existe na natureza enquanto a própria vida existir. E no exemplo dos pulgões, fica perfeitamente claro que tal transferência de genes visava precisamente aumentar a adaptabilidade dos organismos às condições ambientais (os vermelhos são menos visíveis em certas partes das plantas). E os engenheiros genéticos nesse sentido não inventaram nada de novo. Tomates com genes de peixes árticos têm maior tolerância ao frio, o que permite que sejam cultivados nas regiões do norte.
Em segundo lugar, apesar da possibilidade de transferência genética, ainda não observamos a unificação (uniformidade) do genoma de todos os organismos vivos do planeta. A estabilidade do sistema biológico, que é a célula e o organismo, é alta o suficiente para limitar a transferência ineficiente de genes. Mas, ao mesmo tempo, é essa transferência que é a ferramenta da evolução biológica, que leva à biodiversidade. Então, não demorará muito para que os ursos pareçam pipas e os cães pareçam camaleões.
