Интиқоли уфуқии ген дар бактерияҳо
Интиқоли генҳои уфуқӣ (ГГТ) раванди интиқоли маводи генетикӣ байни организмҳо мебошад, ки тавассути мерос аз волидайн ба насл (амудӣ) ба амал намеояд, балки байни фардҳо, ҳатто дар байни намудҳо, "ҷаҳида" мегузарад. Дар бактерияҳо, ГГТ яке аз муҳимтарин механизмҳои эволютсионӣ мебошад, зеро он ба бактерияҳо имкон медиҳад, ки зуд хусусиятҳои навро бидуни интизории давраҳои тӯлонии мутатсияи тасодуфӣ ва интихоби табиӣ ба даст оранд. Таъсири он васеъ аст: аз пайдоиши муқовимат ба антибиотикҳо, афзоиши вирулентии патогенҳо то пайдоиши қобилиятҳои нави мубодилаи моддаҳо, ки дар муҳитҳои шадид муфиданд.
Чаро HGT дар бактерияҳо муҳим аст?
Бактерияҳо одатан тавассути тақсимшавии дуӣ ба таври ғайриҷинсӣ афзоиш меёбанд. Дар назария, ин имкон медиҳад, ки тағирёбии генетикии бактерияҳо аз мутатсияҳо вобаста бошад. Аммо, дар асл, бактерияҳо метавонанд тавассути HGT генҳоро "иваз" кунанд ва имкон медиҳанд, ки тағирёбии генетикӣ дар муддати кӯтоҳ ба таври назаррас афзоиш ёбад. HGT ба бактерияҳо кӯмак мекунад, ки ба стрессҳои муҳити зист, аз қабили мавҷудияти антибиотикҳо, тағирёбии манбаъҳои ғизоӣ, ҳамлаҳои системаи иммунии мизбон ё рақобат бо дигар микробҳо мутобиқ шаванд.
Дар сатҳи аҳолӣ, HGT ба бактерияҳо имкон медиҳад, ки хусусиятҳои беҳтаринро аз манбаъҳои гуногун муттаҳид кунанд. Масалан, генҳое, ки ферментҳоро рамзгузорӣ мекунанд ва пайвастагиҳои заҳролудро вайрон мекунанд, метавонанд дар байни ҷамоатҳои бактериявӣ, ки дар минтақаҳои ифлос зиндагӣ мекунанд, паҳн шаванд. Дар заминаи клиникӣ, ин мушкили назаррасеро ба вуҷуд меорад, зеро генҳои муқовимат ба антибиотик метавонанд аз бактерияҳои ғайрипатогенӣ ба бактерияҳои патогенӣ интиқол дода шаванд, ки боиси сироятҳое мешаванд, ки табобаташон душвортар аст.
Тафовут байни интиқоли гени уфуқӣ ва амудӣ
Интиқоли амудии ген ҳангоми интиқоли генҳо аз ҳуҷайраҳои волидайн ба ҳуҷайраҳои духтар ҳангоми тақсимоти ҳуҷайра ба амал меояд. Ин намуна нисбатан "дарахти оила" аст. Баръакс, HGT бештар ба "шабака" монанд аст, зеро генҳо метавонанд байни наслҳои гуногун ҳаракат кунанд. Дар натиҷа, муайян кардани муносибатҳои филогенетикӣ байни бактерияҳо баъзан аз як ген душвор аст, зеро ген метавонад аз организми дигар сарчашма гирифта бошад. Ин яке аз сабабҳоест, ки чаро таҳлилҳои филогенетикӣ аксар вақт генҳои сершуморро ҳамзамон истифода мебаранд ё генҳои мушаххас ва нисбатан консервативиро истифода мебаранд.
Се механизми асосии HGT дар бактерияҳо
Аз нигоҳи классикӣ, HGT дар бактерияҳо тавассути се механизми асосӣ ба амал меояд: трансформация, трансдуксия ва конъюгасия. Ҳар яки онҳо роҳҳои гуногун, талабот ва таъсири биологӣ доранд.
1. Табдили: гирифтани ДНК аз муҳити зист
Табдили трансформация равандест, ки тавассути он бактерияҳо ДНК-и урёнро аз муҳити худ гирифта, ба геноми худ дохил мекунанд ё онро ҳамчун плазмид нигоҳ медоранд. Ин ДНК-и урён одатан аз дигар ҳуҷайраҳои бактериявӣ, ки мурдаанд ва лизисро аз сар гузаронидаанд, сарчашма мегирад. На ҳама бактерияҳо қобилияти табдилёбӣ доранд; бактерияҳо бояд дар ҳолати "салоҳиятдор" бошанд, ҳолати мушаххаси физиологӣ, ки ба ҷабби ДНК имкон медиҳад.
Намунаҳои бактерияҳое, ки метавонанд ба таври табиӣ табдил ёбанд, инҳоянд: Streptococcus pneumoniae, Bacillus subtilis ва Neisseria spp. Табдил метавонад бартариҳои мутобиқшавандаро таъмин кунад, ба монанди ба даст овардани генҳое, ки бактерияҳоро ба антибиотикҳо тобовартар мекунанд ё имкон медиҳанд, ки истифодаи манбаъҳои мушаххаси карбонро таъмин кунанд. Дар биотехнология, табдил инчунин барои ворид кардани плазмидҳои рекомбинантӣ ба бактерияҳо, ба монанди Escherichia coli, истифода мешавад, гарчанде ки аксар вақт усулҳои сунъӣ, ба монанди зарбаи гармӣ ё электропоратсия истифода мешаванд.
2. Трансдуксия: интиқоли ген тавассути бактериофагҳо
Трансдуксия вақте рух медиҳад, ки вирусе, ки бактерияҳоро сироят мекунад (бактериофаг), тасодуфан ДНК-и бактериявиро аз як ҳуҷайраи бактериявӣ ба ҳуҷайраи дигар интиқол медиҳад. Ду шакли асосии трансдуксия вуҷуд дорад:
– Трансдуксияи умумӣ: вақте рух медиҳад, ки фаг дар давраи литикӣ бо порчаи ДНК-и бактериявӣ «бастабандӣ» мешавад ва тасодуфан ДНК-и фагро иваз мекунад. Дар натиҷа, ҳар як порчаи гени бактериявӣ метавонад интиқол дода шавад.
– Трансдуксияи махсус: дар фагҳои мӯътадил, ки ба геноми бактерияҳо (профагҳо) ҳамгиро мешаванд, рух медиҳад. Вақте ки профаг нопурра аз он хориҷ мешавад (эксизҳо), он метавонад генҳои дар наздикии макони ҳамгироӣ ҷойгиршударо интиқол диҳад.
Трансдуксия дар паҳншавии генҳои вирулентӣ нақши муҳим мебозад. Якчанд токсинҳои маъруфи бактериявӣ аз ҷониби генҳое, ки фагҳо интиқол медиҳанд, ба монанди токсини дифтерия дар Corynebacterium diphtheriae ва токсини Шига дар баъзе штаммҳои E. coli рамзгузорӣ мешаванд. Ҳамин тариқ, сироятёбии фаг метавонад бактерияҳоро барои патогентар шудан "такмил" диҳад.
3. Конъюгасия: Интиқоли ДНК тавассути тамоси мустақим
Конъюгация механизми HGT аст, ки тамоси мустақим байни ду ҳуҷайраи бактериявиро дар бар мегирад, ки одатан тавассути сохторе ба монанди пилуси ҷинсӣ сурат мегирад. Ин раванд аксар вақт тавассути плазмиди конъюгативӣ, ба монанди плазмиди F дар E. coli, сурат мегирад. Ҳуҷайраи донор, ки плазмиди конъюгативиро дорад, метавонад пули конъюгативиро ташкил диҳад ва ДНК-и плазмидаро ба ҳуҷайраи ретсипент нусхабардорӣ кунад. Ҷолиб он аст, ки конъюгация на ҳамеша ба плазмидҳо маҳдуд аст; дар шароити муайян, плазмидҳо метавонанд қисмҳои ДНК-и хромосомавиро сафарбар кунанд (масалан, дар штаммҳои Hfr, бо басомади баланди рекомбинатсия).
Конъюгасия дар паҳншавии муқовимати антибиотикҳо муҳим аст, зеро бисёр генҳои муқовимат дар плазмидҳо ҷойгиранд, ки метавонанд байни бактерияҳо, ҳатто байни намудҳо ва ҷинсҳо интиқол дода шаванд. Ин яке аз сабабҳои асосии пайдоиши бактерияҳои ба доруҳои бисёртобовар (MDR) дар беморхонаҳо ва муҳити зист мебошад.
Унсурҳои генетикии мобилӣ, ки HGT-ро дастгирӣ мекунанд
Илова бар се механизми асосии дар боло зикршуда, HGT дар бактерияҳо аз унсурҳои генетикии мобилӣ, ба монанди: таъсири калон мерасонад.
– Плазмидҳо: ДНК-и даврашакли берун аз хромосома, ки аксар вақт генҳои муқовимат ба антибиотикҳо, омилҳои вирулентӣ ё роҳҳои мушаххаси мубодилаи моддаҳоро дар бар мегирад.
– Транспозонҳо: «генҳои ҷаҳида», ки метавонанд маконҳоро дар дохили геном ё байни плазмидҳо ва хромосомаҳо ҳаракат диҳанд. Транспозонҳо аксар вақт генҳои муқовиматро доранд.
– Интегронҳо: системаҳое, ки қодиранд кассетаҳои генро сабт ва ифода кунанд, ки аксар вақт генҳои муқовиматро дар бар мегиранд. Интегронҳо дар бактерияҳои клиникӣ патогенӣ нақши муҳим мебозанд.
– Ҷазираҳои геномӣ: қисмҳои калони ДНК, ки тавассути HGT ба даст оварда шудаанд ва метавонанд генҳои вирулентӣ (ҷазираҳои патогенӣ) ё қобилиятҳои махсуси мубодилаи моддаҳоро дар бар гиранд.
Ин унсурҳо бактерияҳоро водор мекунанд, ки гӯё "дастгоҳи модулӣ" дошта бошанд, ки онро мувофиқи ниёзҳои мутобиқшавӣ илова ё хориҷ кардан мумкин аст.
Таъсири HGT: аз эволютсия то саломатии инсон
Муқовимат ба антибиотикҳо
Масъалаи муҳимтарини марбут ба HGT паҳншавии муқовимати антибиотикҳо мебошад. Генҳо ба монанди bla (бета-лактамаза), mecA (муқовимати метисиллин дар MRSA) ё генҳо барои насосҳои экфлюкс метавонанд тавассути плазмидҳо ва транспозонҳо зуд паҳн шаванд. Вақте ки антибиотикҳо ба таври васеъ истифода мешаванд (дар клиникаҳо, чорводорӣ ва кишоварзӣ), фишори интихоб меафзояд, аз ин рӯ бактерияҳое, ки генҳои муқовиматро тавассути HGT ба даст меоранд, зинда мемонанд ва бартарӣ доранд.
Вирулентӣ ва патогенҳои нав
HGT инчунин пайдоиши штаммҳои нави патогениро ба вуҷуд меорад. Бактерияҳо метавонанд генҳоро барои часпидан, инвазия, токсинҳо ё системаҳои ихроҷ ба даст оранд, ки имкон медиҳад сироятёбии самараноктар ба амал ояд. Баъзан, бактерияҳои қаблан нисбатан безарар метавонанд аз сабаби "бастаи" генҳои вирулентӣ аз ҷазираҳо ё фагҳои геномӣ патогенӣ шаванд.
Мутобиқшавӣ ба муҳити зист ва биоремедиатсия
Ғайр аз тиб, HGT дар экологияи микробҳо муфид аст. Бактерияҳо метавонанд қобилияти таҷзияи карбогидридҳо, пеститсидҳо ё металлҳои вазнинро ба даст оранд ва ба ин васила ба равандҳои биоремедиатсия мусоидат кунанд. Дар муҳитҳои шадид, HGT метавонад генҳои марбут ба таҳаммулпазирӣ ба ҳарорати баланд, шӯрӣ ё рН-и шадидро паҳн кунад.
Чӣ тавр олимон HGT-ро меомӯзанд?
HGT тавассути таҷрибаҳои лабораторӣ ва таҳлили геномӣ омӯхта мешавад. Аз ҷиҳати геномӣ, HGT-ро метавон тавассути ҷустуҷӯи фарқиятҳо дар таркиби асосӣ (масалан, миқдори GC), ки аз геноми асосӣ фарқ мекунанд, мавҷудияти генҳое, ки ба организмҳои дурдаст монандтаранд ё мавҷудияти унсурҳои мобилӣ, ба монанди транспозазаҳо, муайян кард. Таҳлили филогенетикӣ инчунин метавонад "номувофиқатҳо"-ро ошкор кунад, вақте ки дарахти эволютсионии ген бо дарахти эволютсионии намуди он мувофиқат намекунад.
Penutup
Интиқоли генҳои уфуқӣ дар бактерияҳо як муҳаррики пуриқтидори эволютсия аст. Тавассути трансформация, трансдуксия ва конъюгасия, ки аз ҷониби плазмидҳо, транспозонҳо, интегронҳо ва ҷазираҳои геномӣ дастгирӣ мешавад, бактерияҳо метавонанд зуд хусусиятҳои нав пайдо кунанд. Аз як тараф, HGT ба бактерияҳо дар мутобиқшавӣ ва нигоҳ доштани динамикаи экосистемаҳои микробӣ кӯмак мекунад. Аз тарафи дигар, HGT бо суръат бахшидан ба паҳншавии муқовимат ба антибиотикҳо ва омилҳои вирулентӣ барои саломатии инсон мушкилоти ҷиддӣ эҷод мекунад. Фаҳмидани механизмҳо ва намунаҳои HGT барои тарҳрезии стратегияҳои назорати сироят, истифодаи оқилонаи антибиотикҳо ва таҳияи терапияҳои нав барои ҳалли табиати доимо тағйирёбандаи бактерияҳо муҳим аст.
