Horisontal genoverføring: Bakterier overfører genetisk kode uten kjønn


Havene er svært dynamiske habitater: næringsstoffer oversvømmer kun fra en elv for å svinge bort i mellomliggende dager eller uker; Strømmer skifter blandingen av vann; et oljeutslipp gjør plutselig hundrevis av millioner liter hydrokarboner tilgjengelige for å spise. Uten sex - og mange bakterier har ikke sex, takk, det er vanskeligere for marine mikrober å blande det opp og oppnå det genetiske mangfoldet som er nøkkelen til befolknings suksess. Så hvord

Havene er svært dynamiske habitater: næringsstoffer oversvømmer kun fra en elv for å svinge bort i mellomliggende dager eller uker; Strømmer skifter blandingen av vann; et oljeutslipp gjør plutselig hundrevis av millioner liter hydrokarboner tilgjengelige for å spise. Uten sex - og mange bakterier har ikke sex, takk, det er vanskeligere for marine mikrober å blande det opp og oppnå det genetiske mangfoldet som er nøkkelen til befolknings suksess. Så hvordan tilpasser man seg raskt i stedet for å vente på den lange, sakte prosessen med mutasjon i en art? Svaret er såkalt horisontalt genoverføring (HGT) - som faktisk består av en rekke prosesser som gjør at bakterier kan bytte genetisk kode.
Marin biolog Lauren McDaniel fra University of South Florida og hennes kolleger testet genoverføringsevnen til ni alphaproteobacteria. Disse spesifikke bakteriestammer har såkalte genoverføringsmidler (GTA) eller, som McDaniel kaller dem, "små genetiske fluktputer ." I hovedsak kunne Rhodobacter capsulatus, Roseovarius nubinhibens ISM og Reugeria mobilis 45A6 lage pakker av genetisk materiale og deretter kaste dem ut i det omkringliggende vannet.
Ifølge funnene, publisert 1. oktober i Science, ble disse pakkene deretter absorbert av deres andre bakterier og innlemmet i sin egen genetiske kode. "Disse partiklene var i stand til å overføre gener fra en donorstamme til villtype bakteriestammer, så vel som naturlige populasjoner, " forklarer McDaniel.
Faktisk bakteriene i naturen - forskerne testet mikrober i kyst-, elvemunningen, rev og åpne havmiljøer - var ganske promiskuøse med deres DNA, og overførte gener generelt til ikke bare deres egne arter, men også andre nært beslægtede bakterier og til og med andre slektninger . De gjorde også det tusenvis til hundrevis av millioner ganger hyppigere enn tidligere estimert for andre metoder for genoverføring, for eksempel via fager eller bakterielle virus (metoden som også brukes av humane genoverføringsmidler, også kjent som syntetiske biologer). "De andre prosessene for genoverføring som ble studert, var mer" utilsiktede "metoder for genoverføring, sier McDaniel. "Denne mekanismen ser ut til å være mer" forsettlig "ved at den er under kontroll av vertspromotorer."
Når det er sagt, kan den totale virkningen av slike genoverføringsmidler være begrenset, sier molekylærbiolog Ford Doolittle fra Dalhousie University, gitt at DNA-fragmentene overført var korte, i størrelsesorden 500 til 1000 basepar i lengde. Det minste kjente genomet, eller komplett sett med genetiske instruksjoner, er omtrent 1 million basepar lang - den genetiske blåkopien for Mycoplasma mycoides, et geitpatogen. "GTA er morsomme fordi de ikke fortrinnsvis overfører gener til å lage GTA, og det er vanskelig å se hvordan naturlig utvalg favoriserer deres tilstedeværelse, " tilføyer han.
Likevel er en slik horisontal genoverføring et kraftig våpen i det bakterielle evolusjonære arsenalet. "Egentlig kan nye gener bli tatt på det samme. Derfor har vi antibiotikaresistente superbugs, " sier Doolittle. Faktisk har sekvenserende bakterielle genomer avslørt at slik genoverføring er ansvarlig for mange av de gener som er tilstede i dagens mikrober. "Mange aksepterer allerede at HGT er svært viktig for marine mikrobiell tilpasning."
Og ikke bare for bakterier. Gitt det tilsynelatende store antallet slike genetiske pakker og virus, plasmider og andre biter av genetisk materiale, kan havet ses som en bit av en mikrobial DNA-suppe. Noen foreløpige eksperimenter av McDaniel og hennes kollegaer viser at tilstedeværelsen av slike genoverføringsmidler bidrar til å øke antallet nye koralllarver som bosetter seg på et gitt rev og gjør et nytt hjem. "Dette er veldig foreløpig arbeid, " sier hun. "Men det er veldig spennende."

Når det kommer til fotosyntese, utfører planter kvantumberegningOceanic Dead Zones Fortsett å spreAstronautene tar første biter av salat vokst i rommetSoaring City SlickersVil fornyet interessen for kjernefysisk kraft gjenopplive uranindustrien?Hva er neste for NASAs nye astronautklasse?Gå FjerdeTopp Sci / Tech Gaver 2003