Sejak penemuan fenomena seperti transfer gen horizontal, yaitu bukan dari orang tua ke keturunannya, seluruh dunia kehidupan di planet kita telah direpresentasikan sebagai sistem informasi tunggal. Dan dalam sistem ini menjadi mungkin untuk meminjam penemuan evolusioner yang berhasil dari satu spesies ke spesies lain. Apa itu transfer gen vertikal dan horizontal, apa mekanisme proses ini dan contohnya di dunia organik - ini dia artikelnya.
Gen tetangga
Semua orang tahu bahwa kita mendapatkan gen dari orang tua kita. Dan mereka berasal dari orang tua mereka. Ini adalah transfer vertikal. Dan jika tiba-tiba terjadi mutasi yang ternyata berguna untuk kelangsungan hidup atau adaptasi, dan memperoleh pijakan dalam genom populasi, maka spesies tersebut akan memperoleh keuntungan dalam perjuangan untuk bertahan hidup.
Pada saat yang sama, seseorang memiliki gennya sendiri,kutu daun memilikinya sendiri, dan hiu memiliki miliknya sendiri. Hampir tidak mungkin bagi mereka untuk berpindah antar spesies. Tapi terkadang itu terjadi - ini adalah transfer gen horizontal.
Inilah yang dilakukan oleh rekayasa genetika modern. Organisme yang dimodifikasi secara genetik adalah hasil dari transfer gen tersebut (misalnya, tardigrade bercahaya pada foto di atas). Tapi di alam, fenomena ini sudah ada sejak lama.
Intinya
Transfer gen vertikal adalah fenomena transfer materi herediter dari bentuk induk ke organisme anak.
Transfer gen horizontal adalah situasi alami pemindahan gen dari satu organisme dewasa ke organisme dewasa lainnya. Pada saat yang sama, dua organisme secara objektif ada, dan terkadang mereka termasuk dalam spesies biologis yang berbeda.
Contoh transfer gen horizontal pada bakteri adalah transfer gen resistensi dari satu strain bakteri ke strain bakteri lainnya.
Kondisi yang diperlukan
Untuk memahami fenomena ini, pada prinsipnya perlu diketahui kondisi di mana transfer semacam itu dimungkinkan, yaitu:
- Perlu adanya perantara untuk "transportasi" gen dari satu sel ke sel lain, dari satu organisme ke organisme lain.
- Harus ada mekanisme molekuler yang memungkinkan gen asing dimasukkan ke dalam set gen inang.
Kondisi ini mungkin dipenuhi oleh retrovirus dan transposon lainnya (elemen DNA). Dan justru metode transfer gen horizontal seperti itulah yang diadopsi oleh rekayasa genetika saat ini.
MeskipunSaat ini, mekanisme transfer gen semacam itu hanya dipelajari; selain virus, transfer semacam itu juga dapat terjadi dengan bantuan bagian bebas asam deoksiribonukleat (transposoon), yang masuk ke tubuh melalui pengenalan sederhana atau dengan organisme parasit. Yang terakhir ini tidak hanya dapat mengubah perangkat genetik inang, tetapi juga tempat ekologisnya dalam sistem biocenosis.
Latar Belakang
Itu adalah transfer gen resistensi antibiotik antara strain bakteri yang berbeda yang pertama kali dijelaskan di Jepang pada tahun 1959.
Sudah pada pertengahan 1990-an, ahli biologi molekuler membuktikan bahwa transfer gen horizontal pada prokariota dan eukariota terlibat dalam perkembangan evolusi kehidupan di planet kita.
Pada tahun 2010, sebuah penelitian oleh Profesor Cedric Feschott diterbitkan, yang menyajikan analisis genom opossum dan monyet saimiri. Mereka digigit oleh satu jenis serangga. Dalam genom mamalia, telah ditemukan transpozoon yang memiliki identitas 98% dengan serangga. Sekadar informasi, serangga ini tidak hanya menggigit monyet dan opossum.
Mulai sekarang, hipotesis transfer gen horizontal antara domain organisme yang berbeda telah menjadi paradigma baru biologi.
Bug berwarna-warni
Dan jika transfer gen horizontal pada bakteri selama 30 tahun terakhir tidak menimbulkan keraguan di kalangan ahli biologi, maka kemungkinannya pada organisme multiseluler telah menimbulkan banyak pertanyaan. Saat itulah perhatian ahli biologi tertarik oleh kutu daun, di mana:ada individu dengan warna tubuh hijau dan merah.
Analisis pigmen yang memberi warna pada individu merah mengungkapkan adanya karotenoid - pigmen tumbuhan. Dari mana kutu daun mendapatkan gen yang unik untuk organisme tumbuhan? Saat ini, pengurutan genom serangga adalah masalah yang cukup sederhana bagi para peneliti. Dengan cara ini ditemukan bahwa gen kutu daun yang bertanggung jawab untuk sintesis pigmen merah benar-benar identik dengan beberapa jamur yang parasit dalam tubuh kutu daun tanpa menyebabkan kerusakan yang terlihat.
Kemungkinan besar, pada awal evolusi kutu daun (sekitar 80 juta tahun yang lalu) ada kegagalan dalam mesin genetik dan gen jamur dibangun ke dalam genom serangga.
Evolusi dan keanekaragaman hayati
Semua sistematika filogenetik dunia organik didasarkan pada konsep divergensi Darwin. Esensinya adalah sebagai berikut: segera setelah isolasi reproduksi terjadi antara populasi suatu spesies, kita dapat berbicara tentang proses spesiasi. Dan sudah ada dua spesies yang terus berevolusi berdasarkan seleksi alam dan mutasi acak.
Penemuan transfer gen horizontal antara spesies dan taksa yang lebih besar hanya membuktikan bahwa dalam periode ruang-waktu yang singkat (4 miliar tahun), materi hidup di planet kita dapat berubah dari bentuk uniseluler menjadi multiseluler yang sangat terorganisir.
Dengan demikian, seluruh biota planet ini menjadi laboratorium tunggal untuk penciptaan sifat-sifat turun-temurun baru, dan itu adalah pergerakan horizontal gendapat dan terus secara signifikan mempercepat proses evolusi.
Ayo pinjam beberapa gen
Pada tahun 2015, ahli genetika Alistair Crisp dari Cambridge (UK) mempelajari genom 12 spesies lalat buah Drosophila, 4 spesies cacing gelang dan 10 spesies primata (salah satunya adalah manusia). Ilmuwan sedang mencari bagian "alien" dari DNA.
Hasil penelitian telah mengkonfirmasi keberadaan 145 wilayah dalam genom yang merupakan hasil transfer gen horizontal pada eukariota.
Beberapa gen ini terlibat dalam metabolisme protein dan lipid, yang lainnya - dalam respons imun. Yang paling penting, adalah mungkin untuk mengidentifikasi kemungkinan donor dari gen-gen ini. Mereka ternyata protista (eukariota paling sederhana), bakteri (prokariota) dan jamur.
Bagaimana dengan kita
Telah diketahui bahwa melalui transfer gen horizontal pada manusia, gen yang bertanggung jawab untuk golongan darah AB0 muncul.
Sebagian besar bukti transfer gen semacam itu pada primata berasal dari purbakala, berasal dari nenek moyang yang sama dengan chordata lain.
Menurut penelitian terbaru, pembentukan plasenta pada manusia juga bertanggung jawab atas gen virus, yang ditangkap di suatu tempat pada awal pembentukan plasenta hewan.
Hasil pengurutan genom manusia menunjukkan bahwa genom tersebut mengandung sekitar 8% potongan genom virus, yang disebut "gen tidur".
Zaman Mutan
Di sini kita datang ketopik cerita horor yang ditakuti oleh aktivis hijau. Bagaimana jika gen "tidur" ini aktif? Atau apakah kutu menggigit seseorang dan menarik semacam kengerian ke dalam genomnya? Atau apakah kita makan kedelai yang dimodifikasi secara genetik dan menjadi mutan? Tapi bagaimanapun juga, selama 4 miliar tahun, keanekaragaman hayati di planet ini hanya meningkat, dan Anda dan saya masih sedikit seperti paus, seperti kutu daun seperti jamur. Mengapa demikian?
Pertama, mekanisme perpindahan horizontal ada di alam selama kehidupan itu sendiri ada. Dan pada contoh kutu daun, sangat jelas bahwa transfer gen semacam itu ditujukan justru untuk meningkatkan kemampuan beradaptasi organisme terhadap kondisi lingkungan (yang merah kurang terlihat pada bagian tanaman tertentu). Dan insinyur genetika dalam pengertian ini tidak menemukan sesuatu yang baru. Tomat dengan gen ikan Arktik telah meningkatkan toleransi dingin, yang memungkinkan mereka tumbuh di wilayah utara.
Kedua, terlepas dari kemungkinan transfer genetik, kami belum mengamati penyatuan (keseragaman) genom semua organisme hidup di planet ini. Stabilitas sistem biologis, yaitu sel dan organisme, cukup tinggi untuk membatasi transfer gen yang tidak efisien. Tetapi pada saat yang sama, transfer inilah yang merupakan alat evolusi biologis, yang mengarah pada keanekaragaman hayati. Jadi tidak akan lama sebelum beruang terlihat seperti layang-layang dan anjing terlihat seperti bunglon.
