gēns pārvietošana attiecas uz sveša ģenētiskā materiāla mākslīgu vai dabisku pārvietošanu uz apaugļotu olu. Precīzāk, atsevišķi gēni no donora organisma tiek pārnesti uz recipienta organismu. Izšķir horizontālo un vertikālo gēns nodošana. gēns nodošana var notikt transformācijas, konjugācijas vai transfekcijas ceļā. Tehniskās metodes ir, piemēram, mikroinjekcija vai biolistiska metode, ko sauc arī par “gēnu lielgabalu”.
Kas ir gēnu pārnese?
Gēnu pārnese attiecas uz mākslīgu vai dabisku sveša ģenētiskā materiāla pārvietošanu uz apaugļotu olu. Gēnu horizontālā pārnešana ir process, kurā ģenētiskais materiāls tiek uzņemts vai nodots tālāk bez dzimumaudzēšanas ceļiem un neatkarīgi no sugu robežām. Šajā procesā gēns ar noteiktu īpašību tiek ievadīts genomā un tur aktivizēts. Precīzāk, tas nozīmē, ka ģenētiskais materiāls netiek pārvietots pa ciltsrakstu, savukārt vertikālā gēnu pārnese notiek caur senčiem pēcnācējiem. Evolūcijas teorijā horizontālā gēnu pārnešana sniedz skaidrojumu, piemēram, par mikroorganismu parādīšanos, kuriem raksturīgi spēcīgi evolūcijas lēcieni. Vertikālā transmisija, kurā patogēni izmantojot inficētās paaudzes ģenētisko materiālu, tiek nodotas citai paaudzei, ir jānošķir no šīs kā īpašas formas. Mikroorganismos un bezmugurkaulniekos horizontālā pārnešana ir dokumentēta. Starp tiem baktērijas, piemēram, gēni, kas ir izturīgi pret antibiotikas izplatība. Volbachijā baktērijas, no otras puses, augļu mušas šūnās tiek pārnests viss genoms, pat ja vēlāk tikai daži no gēniem pārņem noteiktas funkcijas. Tā kā tansgēnā DNS ātri sadalās ārpus šūnas, mikrobioloģiskajā faunā horizontāla gēnu pārnešana, visticamāk, nenotiks. Pārsvarā tas notiek laboratorijā. Tomēr dažādu pretestību rašanās un patogēni vien varētu sniegt informāciju par dabiski notiekošu gēnu pārnešanu. Šāda gēnu pārnešana ir pierādīta, piemēram, augsnes baktērijā Agrobacterium tumefaciens, kurai ir spēja pārnest DNS uz augu šūnām - procesu vispirms aprakstīja Beļģijas molekulārie biologi Marc Van Montagu un Jozef Schell 1983. gadā, kā arī Gram -negatīva stieņa baktērija Bartonella henselae, kas ar savu transporta sistēmu spēj DNS pārnest eikariotu šūnās. Savukārt vertikālā gēnu pārnešana ir krustošanās, kas notiek starp diviem indivīdiem vai augiem uz seksuāla pamata, un gēni tiek nodoti nākamajām paaudzēm. Pēc tam mēs runājam par transmisiju pa vertikālo līniju. Piemēram, ja tiek šķērsoti transgēnie un ne-transgēnie augi, tie, kas nav transgēni, uzņem arī gēnu konstrukcijas. Tāpat tas var būt jautājums par nodošanu tālāk hromosomas kuriem ir gēnu defekti. Mikroorganismos DNS mantošanu pēcnācējiem sauc par vertikālu pārnešanu. Šis termins savukārt papildus raksturo patogēni laikā grūtniecība, dzimšanas process un pēc mātes piedzimšanas bērnam. Infekcijas slimības var rasties šeit, piem masaliņas vai HIV.
Funkcija un uzdevums
In gēnu inženierija, lai izveidotu ģenētiski modificētus organismus, tiek izmantota horizontāla gēnu pārnešana. Process ietver daudzas metodes atkarībā no konkrētās modifikācijas, piemēram, vai tas ir prokariots vai eikariots. Pirmais attiecas uz organismiem, kuriem nav šūnas kodola. Tie ir, piem baktērijas, precīzāk eubaktērijas un arhebaktērijas. Viņiem raksturīga augsta bioloģiskā pielāgošanās spēja un vienkārša morfoloģija, tiem nav mitohondriji, citoplazmā brīvā genoma, ir sarežģīta ārpusšūnu matrica un papildu DNS. Attiecīgi eikarioti ir organismi, kuriem ir kodols un kas attīstās no kodolu saturošām sākotnējām šūnām. Tās savukārt var būt sporas vai zigotas. Zigota ir diploīda šūna, kas radusies no olšūnas un sperma šūna. Sporas ir vienšūnas vai daudzšūnu mikroorganismi, kuriem ir augsta izturība pret vides ietekmēm. Prokariotos notiek transformācija, transdukcija un konjugācija; eikariotos notiek transfekcija. Transdukcijā DNS fragmenti tiek pārnesti starp divām baktērijām, inficējoties ar bakteriofāgiem. Konjugācijas procesā DNS tiek pārnesta no vienas baktērijas uz otru. Pat no donora līdz saņēmējam pāri sugu robežām. Baktērijām, kas darbojas kā donori, ir F faktors, kas vispirms padara iespējamu konjugāciju. Izmantojot plazmas tiltu, tiek izveidots savienojums starp baktērijām, un donors pārnes plazmīdu saņēmējam. Savukārt transformācija ir baktēriju uzņemta brīva DNS.
Slimības un traucējumi
Pētnieki tagad ir spējuši pierādīt, ka cilvēka ģenētiskais materiāls tika ne tikai pārvietots no vienas paaudzes uz otru, veicot vertikālu gēnu pārnešanu, bet arī to, ka evolūcijas laikā cilvēki to arī pārņēma no baktērijām. Tādējādi vairāk nekā simts mikroorganismu gēnu nonāca cilvēka genomā, izmantojot horizontālu gēnu pārnesi. Pētījuma rezultāts pirmo reizi izraisīja satraukumu 2001. gadā, taču joprojām tika uzskatīts par pretrunīgu. Gadu gaitā beidzot kļuva pieejama plašāka genoma datu bāze, un britu zinātnieki salīdzināja augļu mušu sugu, primātu, dažādu nematodu un cilvēku gēnus ar iedzimtu mikroorganismu materiālu. Cilvēku gadījumā rezultāts bija 145 gēni, kas radušies mikrobu pasaulē un kuri veic arī svarīgas funkcijas, piemēram, ir iesaistīti tauku vielmaiņa vai dažādu imūno reakciju gadījumā. Šāda horizontāla gēnu pārnešana, iespējams, notika laikā, kad dažādas sugas vēl nebija sadalījušās. Turpretim nematodēs un augļu mušās gēnu pārnese šajā formā joprojām pastāv. Tomēr vēl nav izdevies noskaidrot, kā notika šādu baktēriju kontrabanda cilvēka genomā. Viens iespējamais skaidrojums ir vīrusi, kas varēja kalpot kā pārvadātāji. Parasti gēnu pārnešana var pozitīvi ietekmēt veselība organismu, padarot tos imūnus pret ārēju uzņēmību, bet var notikt arī pretējs gadījums, kad patogēni, tāpat kā HIV gadījumā, tiek pārnesti uz citu organismu.
