Hoʻoili Gene Horizontal i loko o ka Bacteria
ʻO ka hoʻoili ʻana o nā genes horizontal (HGT) ke kaʻina hana o ka hoʻoili ʻana i nā mea genetic ma waena o nā meaola i hana ʻole ʻia ma o ka hoʻoilina mai ka makua a i ka hua (kū), akā "lele" ma waena o nā kānaka, a ma waena o nā ʻano. I loko o ka bacteria, ʻo HGT kekahi o nā ʻano hana evolutionary koʻikoʻi loa no ka mea e hiki ai i ka bacteria ke loaʻa koke i nā ʻano hou me ka ʻole o ka kali ʻana no nā manawa lōʻihi o ka mutation random a me ke koho kūlohelohe. He ākea kona hopena: mai ka puka ʻana mai o ke kū'ē ʻana i ka antibiotic, ka hoʻonui ʻia o ka virulence pathogen, a hiki i ka puka ʻana mai o nā hiki metabolic hou e pono ai i nā wahi koʻikoʻi.
No ke aha he mea nui ka HGT i nā bacteria?
Hoʻoulu pinepine nā bacteria ma ke ʻano asexual ma o ka binary fission. Ma ke kumumanaʻo, hiki i kēia ke hilinaʻi i ka loli genetic bacteria ma nā mutations. Eia nō naʻe, ʻo ka ʻoiaʻiʻo, hiki i nā bacteria ke "hoʻololi" i nā genes ma o HGT, e ʻae ana i ka loli genetic e hoʻonui nui i ka manawa pōkole. Kōkua ʻo HGT i nā bacteria e hoʻololi i nā pilikia o ke kaiapuni e like me ke alo o nā antibiotics, nā loli i nā kumu meaʻai, nā hoʻouka ʻana e ka ʻōnaehana pale o ka mea hoʻokipa, a i ʻole ka hoʻokūkū me nā microbes ʻē aʻe.
Ma ka pae heluna kanaka, ʻae ʻo HGT i nā bacteria e hoʻohui i nā ʻano maikaʻi loa mai nā kumu like ʻole. No ka laʻana, hiki i nā genes e hoʻopili ana i nā enzymes e wāwahi i nā hui ʻawahia ke laha ma waena o nā kaiāulu bacteria e noho ana ma nā wahi haumia. Ma kahi pōʻaiapili lapaʻau, he pilikia koʻikoʻi kēia no ka mea hiki i nā genes kū'ē i ka antibiotic ke hoʻoili mai nā bacteria non-pathogenic i nā mea pathogenic, e alakaʻi ana i nā maʻi i ʻoi aku ka paʻakikī ke mālama.
ʻOkoʻa ma waena o ka hoʻoili ʻana o nā genes ākea a me ke kū pololei
Hana ʻia ka hoʻoili ʻana o nā genes vertical i ka wā e hoʻoili ʻia ai nā genes mai nā cell makua i nā cell kaikamahine i ka wā o ka mahele ʻana o ke cell. ʻO ke ʻano he "lāʻau ʻohana." I ka hoʻohālikelike ʻana, ʻoi aku ka like o HGT me kahi "pūnaewele" no ka mea hiki i nā genes ke neʻe ma waena o nā laina like ʻole. ʻO ka hopena, he paʻakikī ke hoʻoholo i nā pilina phylogenetic ma waena o nā bacteria mai kahi gene hoʻokahi, no ka mea, ua puka mai paha ka gene mai kahi meaola ʻē aʻe. ʻO kēia kekahi kumu e hoʻohana pinepine ai nā loiloi phylogenetic bacterial i nā genes he nui i ka manawa like a hoʻohana paha i nā genes kikoʻī, conservative.
ʻEkolu mau ʻano hana nui o HGT i loko o ka bacteria
Ma ke ʻano maʻamau, hana ʻia ka HGT i loko o ka bacteria ma o ʻekolu mau ʻano hana nui: ka hoʻololi ʻana, ka transduction, a me ka conjugation. Loaʻa i kēlā me kēia nā ala like ʻole, nā koi, a me nā hopena olaola.
1. Hoʻololi: lawe ʻana i ka DNA mai ke kaiapuni
ʻO ka hoʻololi ʻana ke kaʻina hana e lawe ai nā bacteria i ka DNA ʻōlohelohe mai ko lākou wahi a hoʻokomo iā ia i loko o kā lākou genome a mālama paha iā ia ma ke ʻano he plasmid. ʻO kēia DNA ʻōlohelohe ka mea maʻamau i puka mai nā cell bacteria ʻē aʻe i make a hana ʻia i ka lysis. ʻAʻole hiki i nā bacteria āpau ke hoʻololi; pono nā bacteria i loko o kahi kūlana "kūpono", kahi kūlana physiological kikoʻī e hiki ai i ka lawe ʻana o ka DNA.
ʻO nā hiʻohiʻona o nā bacteria e hiki ke hana i ka hoʻololi kūlohelohe e komo pū ana me Streptococcus pneumoniae, Bacillus subtilis, a me Neisseria spp. Hiki i ka hoʻololi ke hāʻawi i nā pono kūpono, e like me ka loaʻa ʻana o nā genes e hoʻoikaika ai i ka bacteria i nā antibiotics a i ʻole e hiki ai ke hoʻohana i nā kumu kalapona kikoʻī. I loko o ka biotechnology, hoʻohana ʻia ka hoʻololi ʻana e hoʻolauna i nā plasmids recombinant i loko o nā bacteria, e like me Escherichia coli, ʻoiai ke hoʻohana pinepine nei i nā ʻano hana artificial e like me ka heat shock a i ʻole electroporation.
2. Hoʻololi: hoʻoili ʻana o nā gene ma o nā bacteriophages
Hana ʻia ka transduction i ka wā e lawe hewa ʻole ai kahi virus e hoʻopilikia i ka bacteria (kahi bacteriophage) i ka DNA bacteria mai kekahi cell bacteria i kekahi. Aia ʻelua ʻano nui o ka transduction:
– Ka hoʻololi laulā ʻia: hana ʻia i ka wā e "hoʻopili" ai kahi phage i loko o ka pōʻaiapuni lytic me kahi ʻāpana o ka DNA bacteria, e pani ana i ka DNA phage ma ke ʻano maʻamau. ʻO ka hopena, hiki i kekahi ʻāpana gene bacteria ke lawe pū ʻia.
– Hoʻololi kūikawā: hana ʻia i loko o nā phages mahana e hoʻohui i loko o ka genome bacteria (prophages). Ke puka piha ʻole ka prophage (excise), hiki iā ia ke lawe i nā genes i loaʻa kokoke i kahi hoʻohui.
He kuleana koʻikoʻi ko ka Transduction i ka laha ʻana o nā genes virulence. Hoʻopili ʻia kekahi mau mea ʻawahia bacteria kaulana e nā genes i lawe ʻia e nā phages, e like me ka diphtheria toxin ma Corynebacterium diphtheriae a me ka Shiga toxin ma kekahi mau ʻano o E. coli. No laila, hiki i ka maʻi phage ke "hoʻonui" i ka bacteria e lilo i pathogenic.
3. Hoʻohuihui: Hoʻoili DNA ma o ka hoʻopili pololei ʻana
ʻO ka Conjugation kahi ʻano hana o HGT e pili ana i ka pilina pololei ma waena o ʻelua mau cell bacteria, ma o kahi ʻano e like me ka sex pilus. Hoʻopili pinepine ʻia kēia kaʻina hana e kahi plasmid conjugative, e like me ka plasmid F ma E. coli. Hiki i kahi cell donor e lawe ana i kahi plasmid conjugative ke hana i kahi alahaka conjugation a kope i ka DNA plasmid i loko o ka cell recipient. ʻO ka mea hoihoi, ʻaʻole i kaupalena mau ʻia ka conjugation i nā plasmids; ma lalo o kekahi mau kūlana, hiki i nā plasmids ke hoʻoneʻe i nā ʻāpana o ka DNA chromosomal (e.g., i loko o nā ʻano Hfr, me ka pinepine kiʻekiʻe o ka recombination).
He mea koʻikoʻi ka hoʻohui ʻana i ka laha ʻana o ke kūʻē ʻana i nā antibiotic no ka mea, he nui nā genes kūʻē e noho ana ma nā plasmids i hiki ke hoʻoili ma waena o nā bacteria, a ma waena o nā ʻano a me nā genera. ʻO kēia kekahi o nā kumu nui o ka puka ʻana mai o nā bacteria multidrug-resistant (MDR) i nā haukapila a me ke kaiapuni.
Nā mea hoʻoilina kelepona e kākoʻo ana iā HGT
Ma waho aʻe o nā ʻano hana nui ʻekolu i luna, ua hoʻoikaika nui ʻia ʻo HGT i loko o ka bacteria e nā mea hoʻoilina kelepona, e like me:
– Plasmids: ʻO ka DNA poepoe extra-chromosomal e lawe pinepine ana i nā genes pale antibiotic, nā mea virulence, a i ʻole nā ala metabolic kikoʻī.
– Nā Transposons: “nā genes lele” hiki ke hoʻoneʻe i nā wahi i loko o ka genome a i ʻole ma waena o nā plasmids a me nā chromosomes. Lawe pinepine nā Transposons i nā genes kūʻē.
– Nā Integrons: nā ʻōnaehana hiki ke hopu a hōʻike i nā cassette gene, i loaʻa pinepine nā genes pale. He kuleana nui ko nā integrons i nā bacteria pathogenic clinically.
– Nā mokupuni genomic: nā ʻāpana nui o ka DNA i loaʻa ma o HGT a loaʻa paha nā genes virulence (nā mokupuni pathogenicity) a i ʻole nā mana metabolic kūikawā.
Hana kēia mau mea i nā bacteria me he "mea modular" lā hiki ke hoʻohui a wehe ʻia paha e like me nā pono hoʻololi.
Ka hopena o HGT: mai ka ulu ʻana a i ke olakino kanaka
Ke kū'ē ʻana i nā lāʻau antibiotic
ʻO ka pilikia koʻikoʻi loa e pili ana i ka HGT ʻo ia ka laha ʻana o ke kūʻē ʻana i nā antibiotic. Hiki i nā genes e like me bla (beta-lactamase), mecA (ke kūʻē ʻana i ka methicillin ma MRSA), a i ʻole nā genes no nā pamu efflux ke laha koke ma o nā plasmids a me nā transposons. Ke hoʻohana nui ʻia nā antibiotics (ma nā keʻena lapaʻau, nā holoholona, a me ka mahiʻai), piʻi aʻe ke kaomi koho, no laila e ola a lanakila nā bacteria e loaʻa ana nā genes kūʻē ma o HGT.
ʻO ka maʻi a me nā pathogens hou
Hoʻoulu pū ʻo HGT i ka puka ʻana mai o nā ʻano pathogenic hou. Hiki i nā bacteria ke loaʻa nā genes no ka hoʻopili ʻana, ka hoʻouka kaua ʻana, nā mea ʻawahia, a i ʻole nā ʻōnaehana huna, e hiki ai ke hoʻomaʻi maikaʻi. I kekahi manawa, hiki i nā bacteria ma mua ke lilo i pathogenic ma muli o ka "pūʻolo" o nā genes virulence mai nā mokupuni genomic a i ʻole phages.
Ka hoʻololi ʻana i ke kaiapuni a me ka bioremediation
Ma waho aʻe o ka lāʻau lapaʻau, he pono ka HGT i ka microbial ecology. Hiki i nā bacteria ke loaʻa ka hiki ke hoʻohaʻahaʻa i nā hydrocarbons, pesticides, a i ʻole nā metala kaumaha, no laila e kōkua ana i nā kaʻina hana bioremediation. I nā wahi koʻikoʻi, hiki i ka HGT ke hoʻolaha i nā genes e pili ana i ka hoʻomanawanui ʻana i nā mahana kiʻekiʻe, ka paʻakai, a i ʻole ka pH koʻikoʻi.
Pehea e aʻo ai nā kānaka ʻepekema iā HGT?
Hoʻopaʻa ʻia ʻo HGT ma o nā hoʻokolohua hale hana a me ka nānā ʻana i ka genomic. Ma ke ʻano genomic, hiki ke ʻike ʻia ʻo HGT ma ka ʻimi ʻana i nā ʻokoʻa o ke ʻano kumu (e laʻa, ka ʻike GC) e ʻokoʻa ana mai ka genome nui, ke alo o nā genes i ʻoi aku ka like me nā mea o nā meaola pili mamao, a i ʻole ke alo o nā mea lawe lima e like me nā transposases. Hiki i ka nānā ʻana i ka phylogenetic ke hōʻike i nā "mismatches" i ka wā ʻaʻole kūlike ka lāʻau evolutionary o kahi gene me ka lāʻau evolutionary o kona ʻano.
Pani
ʻO ka hoʻoili ʻana o nā genes horizontal i loko o ka bacteria he mīkini ikaika ia o ka evolution. Ma o ka hoʻololi ʻana, ka transduction, a me ka conjugation—kākoʻo ʻia e nā plasmids, transposons, integrons, a me nā mokupuni genomic—hiki i nā bacteria ke loaʻa koke i nā ʻano hou. Ma kekahi ʻaoʻao, kōkua ʻo HGT i nā bacteria e hoʻololi a mālama i nā dynamics o nā microbial ecosystems. Ma kekahi ʻaoʻao, hoʻokau ʻo HGT i kahi pilikia nui i ke olakino kanaka ma ka wikiwiki ʻana i ka laha ʻana o ke kūʻē ʻana i ka antibiotic a me nā mea virulence. He mea nui ka hoʻomaopopo ʻana i nā ʻano hana a me nā ʻano o HGT no ka hoʻolālā ʻana i nā hoʻolālā kaohi maʻi, ka hoʻohana akamai ʻana i nā antibiotics, a me ka hoʻomohala ʻana i nā lāʻau lapaʻau hou e hoʻoponopono i ke ʻano o ka bacteria e ulu mau nei.
