האָריזאָנטאַלע גענע טראַנספער אין באַקטעריע
האָריזאָנטאַלע גענע טראַנספער (HGT) איז דער פּראָצעס פון טראַנספערירן גענעטיש מאַטעריאַל צווישן אָרגאַניזמען וואָס פּאַסירט נישט דורך ירושה פון עלטערן צו קינדער (ווערטיקאַל), נאָר "שפּרינגען" צווישן יחידים, אפילו אַריבער מינים. אין באַקטעריע, איז HGT איינער פון די וויכטיקסטע עוואָלוציאָנערע מעכאַניזמען ווייַל עס אַלאַוז באַקטעריע צו שנעל באַקומען נייַע טרייץ אָן צו וואַרטן אויף לאַנג פּיריאַדז פון ראַנדאָם מוטאַציע און נאַטירלעך סעלעקציע. איר השפּעה איז ברייט: פון די אויפֿקומען פון אַנטיביאָטיק קעגנשטעל, געוואקסן פּאַטאַדזשען ווירולאַנס, צו די אויפֿקומען פון נייַע מעטאַבאַליק קייפּאַבילאַטיז נוציק אין עקסטרעמע ינווייראַנמאַנץ.
פארוואס איז HGT וויכטיג אין באַקטעריע?
באַקטעריעס רעפּראָדוצירן זיך בכלל אַסעקסואַל דורך בינאַרע שפּאַלטונג. אין טעאָריע, דאָס ערלויבט באַקטעריעלע גענעטישע וואַריאַציע צו אָפענגען אויף מוטאַציעס. אָבער, אין פאַקט, קענען באַקטעריעס "טוישן" גענעס דורך HGT, וואָס ערלויבט גענעטישע וואַריאַציע צו דראַמאַטיש פאַרגרעסערן אין אַ קורצער צייט. HGT העלפּס באַקטעריעס אַדאַפּטירן צו סביבה סטרעסאַז אַזאַ ווי די בייַזייַן פון אַנטיביאָטיקס, ענדערונגען אין נוטריאַנט קוואלן, אנפאלן דורך די באַלעבאָס ס ימיון סיסטעם, אָדער קאָנקורענץ מיט אנדערע מיקראָבן.
אויף דער באַפעלקערונג מדרגה, HGT ערלויבט באַקטעריעס צו קאָמבינירן העכערע אייגנשאַפטן פון פאַרשידענע קוועלער. למשל, גענעס וואָס קאָדירן ענזימען וואָס ברעכן אַראָפּ טאַקסישע קאַמפּאַונדז קענען זיך פאַרשפּרייטן צווישן באַקטעריעלע קהילות וואָס לעבן אין פאַרפּעסטיקטע געביטן. אין אַ קלינישן קאָנטעקסט, שטעלט דאָס אַ באַדייטנדיק פּראָבלעם ווייַל אַנטיביאָטיק קעגנשטעל גענעס קענען זיך איבערפירן פון ניט-פּאַטאַדזשענע באַקטעריעס צו פּאַטאַדזשענע, וואָס פירט צו אינפעקציעס וואָס זענען שווערער צו באַהאַנדלען.
דער אונטערשייד צווישן האָריזאָנטאַל און ווערטיקאַל דזשין טראַנספער
ווערטיקאַלע גענע טראַנספער פּאַסירט ווען גענעס ווערן איבערגעגעבן פון עלטערן צעלן צו טאָכטער צעלן בעת צעל טיילונג. דער מוסטער איז רעלאַטיוו "פאַמיליע בוים". אין קאַנטראַסט, HGT איז מער ווי אַ "נעץ" ווייַל גענעס קענען זיך באַוועגן צווישן פאַרשידענע ליניעס. ווי אַ רעזולטאַט, די פילאָגענעטישע באַציִונגען צווישן באַקטעריעס זענען מאל שווער צו באַשטימען פון אַן איינציקן גען, ווייַל דער גען קען שטאַמען פון אַן אַנדער אָרגאַניזם. דאָס איז איין סיבה פארוואס באַקטעריעלע פילאָגענעטישע אַנאַליזעס נוצן אָפט קייפל גענעס סיימאַלטייניאַסלי אָדער נוצן ספּעציפֿישע, רעלאַטיוו קאָנסערוואַטיווע גענעס.
דריי הויפּט מעכאַניזמען פון HGT אין באַקטעריע
קלאַסיש, HGT אין באַקטעריע פּאַסירט דורך דריי הויפּט מעכאַניזמען: טראַנספאָרמאַציע, טראַנסדוקציע, און קאָניוגאַציע. יעדער האט אַנדערע וועגן, באדערפענישן, און ביאָלאָגישע השפּעות.
1. טראַנספאָרמאַציע: נעמען דנאַ פֿון דער סביבה
טראַנספאָרמאַציע איז דער פּראָצעס דורך וועלכן באַקטעריעס נעמען אויף נאַקעטע דנ״א פֿון זייער סביבה און פֿאַראייניקן עס אין זייער גענאָם אָדער האַלטן עס ווי אַ פּלאַזמיד. די נאַקעטע דנ״א שטאַמט טיפּיש פֿון אַנדערע באַקטעריעלע צעלן וואָס זענען געשטאָרבן און דורכגעגאַנגען ליזיס. נישט אַלע באַקטעריעס זענען פֿעיִק צו טראַנספאָרמאַציע; באַקטעריעס מוזן זיין אין אַ "קאָמפּעטענטן" צושטאַנד, אַ ספּעציפֿישער פֿיזיאָלאָגישער צושטאַנד וואָס דערמעגלעכט דנ״א אויפֿנעמען.
ביישפילן פון באַקטעריעס וואָס קענען דורכגיין נאַטירלעכע טראַנספאָרמאַציע זענען Streptococcus pneumoniae, Bacillus subtilis, און Neisseria spp. טראַנספאָרמאַציע קען צושטעלן אַדאַפּטיווע מעלות, אַזאַ ווי באַקומען גענעס וואָס מאַכן די באַקטעריעס מער קעגנשטעליק צו אַנטיביאָטיקס אָדער דערמעגלעכן די נוצן פון ספּעציפֿישע טשאַד קוואלן. אין ביאָטעכנאָלאָגיע, טראַנספאָרמאַציע ווערט אויך געניצט צו פירן איין רעקאָמבינאַנט פּלאַזמידן אין באַקטעריעס, אַזאַ ווי Escherichia coli, כאָטש אָפט ניצן קינסטלעכע מעטאָדן אַזאַ ווי היץ שאָק אָדער עלעקטראָפּאָראַציע.
2. טראַנסדוקציע: גען טראַנספער דורך באַקטעריאָפאַגעס
טראַנסדוקציע פּאַסירט ווען אַ ווירוס וואָס אינפֿעקטירט באַקטעריע (אַ באַקטעריאָפֿאַג) טראָגט אַקסאַדענטאַל באַקטעריעלע דנ״אַ פֿון איין באַקטעריעלע צעל צו אַן אַנדערער. עס זענען דאָ צוויי הויפּט פֿאָרמען פֿון טראַנסדוקציע:
– גענעראליזירטע טראַנסדוקציע: פּאַסירט ווען אַ פאַג אין דעם ליטישן ציקל "פּאַקט" מיט אַ פראַגמענט פון באַקטיריעלן דנ״א, און צופֿעליק ערזעצט די פאַג דנ״א. דערפֿאַר, קען יעדער באַקטיריעלער גען פראַגמענט מיטגעטראָגן ווערן.
– ספעציאַליסטישע טראַנסדוקציע: פּאַסירט אין טעמפּעראַטע פאַגעס וואָס אינטעגרירן זיך אין דעם באַקטיריעלן גענאָם (פּראָפאַגעס). ווען דער פּראָפאַגע גייט אַרויס (עקסייזיז) נישט גאָר, קען ער טראָגן גענעס וואָס געפינען זיך לעבן דעם אינטעגראַציע אָרט.
טראַנסדוקציע שפּילט אַ קריטישע ראָלע אין דער פאַרשפּרייטונג פון ווירולענץ גענעס. עטלעכע באַקאַנטע באַקטיריעלע טאָקסין ווערן קאָדירט דורך גענעס וואָס ווערן געטראָגן דורך פאַגעס, ווי צום ביישפּיל דער דיפטעריע טאָקסין אין קאָרינעבאַקטעריום דיפטערייע און דער שיגאַ טאָקסין אין עטלעכע שטאַמען פון ע. קאָלי. אַזוי קען פאַגע אינפעקציע "אַפּגרעידן" באַקטיריעס צו ווערן מער פּאַטאַגעניק.
3. קאָניוגאַציע: דנאַ טראַנספער דורך דירעקטן קאָנטאַקט
קאָניוגאַציע איז אַ מעכאַניזם פון HGT וואָס נעמט אַרײַן דירעקטן קאָנטאַקט צווישן צוויי באַקטיריעלע צעלן, געוויינטלעך דורך אַ סטרוקטור ווי אַ סעקס פּילוס. דער פּראָצעס ווערט אָפט געפֿירט דורך אַ קאָניוגאַטיוון פּלאַזמיד, ווי דער F פּלאַזמיד אין E. coli. אַ דאָנאָר צעל וואָס טראָגט אַ קאָניוגאַטיוון פּלאַזמיד קען פֿאָרמען אַ קאָניוגאַציע בריק און קאָפּירן די פּלאַזמיד דנ״אַ אין דער באַקומער צעל. אינטערעסאַנט, קאָניוגאַציע איז נישט שטענדיק באַגרענעצט צו פּלאַזמידן; אונטער געוויסע באַדינגונגען קענען פּלאַזמידן מאָביליזירן טיילן פון כראָמאָסאָמאַלן דנ״אַ (למשל, אין Hfr שטאַמען, מיט אַ הויכער אָפֿטקייט פון רעקאָמבינאַציע).
קאָניוגאַציע איז קריטיש אין דער פאַרשפּרייטונג פון אַנטיביאָטיק קעגנשטעל ווייַל פילע קעגנשטעל גענעס געפינען זיך אויף פּלאַזמידן וואָס קענען אַריבערפירן צווישן באַקטיריאַ, אפילו אַריבער מינים און גענעראַ. דאָס איז איינער פון די הויפּט סיבות פון די אויפֿקומען פון מולטידראַג-קעגנשטעליק (MDR) באַקטיריאַ אין שפּיטאָלן און די סביבה.
מאָבילע גענעטישע עלעמענטן וואָס שטיצן HGT
אין צוגאב צו די דריי הויפט מעכאניזמען אויבן, איז HGT אין באַקטיריאַ שטאַרק באַאיינפלוסט דורך מאָבילע גענעטישע עלעמענטן, אַזאַ ווי:
– פּלאַזמידן: עקסטרע-כראָמאָסאָמאַלע קייַלעכדיקע דנאַ וואָס אָפט טראָגט אַנטיביאָטיק קעגנשטעל גענעס, ווירולענס פאַקטאָרן, אָדער ספּעציפֿישע מעטאַבאַלישע פּאַטווייז.
– טראַנספּאָסאָנס: "שפּרינגענדע גענעס" וואָס קענען באַוועגן לאָקאַציעס אין דעם גענאָם אָדער צווישן פּלאַזמידן און כראָמאָסאָמען. טראַנספּאָסאָנס טראָגן אָפט קעגנשטעל גענעס.
– אינטעגראָנס: סיסטעמען וואָס זענען פעהיג צו כאַפּן און אויסדריקן גענע קאַסעטן, אָפט מיט קעגנשטעל גענעס. אינטעגראָנס שפּילן אַ הויפּט ראָלע אין קליניש פּאַטאָגענע באַקטעריעס.
– גענאָמישע אינזלען: גרויסע סעגמענטן פון דנ״א באַקומען דורך HGT און קענען אַנטהאַלטן ווירולענץ גענעס (פּאַטאָגענעסיטי אינזלען) אָדער ספּעציעלע מעטאַבאַלישע פֿעיִקייטן.
די עלעמענטן מאַכן באַקטיריאַ אויסזען ווי זיי האָבן אַ "מאָדולאַרע מיטל" וואָס קען צוגעגעבן אָדער אַוועקגענומען ווערן לויט אַדאַפּטאַציע באדערפענישן.
דער איינפלוס פון HGT: פון עוואָלוציע ביז מענטשלעכער געזונט
אַנטיביאָטיק קעגנשטעל
די מערסט קריטישע פראבלעם אין פארבינדונג מיט HGT איז די פארשפרייטונג פון אנטיביאטיק קעגנשטעל. גענעס ווי bla (בעטא-לאַקטאַמאַזע), mecA (מעטיצילין קעגנשטעל אין MRSA), אדער גענעס פאר עפלוקס פאמפעס קענען זיך שנעל פארשפרייטן דורך פלאזמידן און טראנספאזאנירן. ווען אנטיביאטיקס ווערן ברייט גענוצט (אין קליניקן, בהמות, און לאנדווירטשאפט), פארגרעסערט זיך סעלעקציע דרוק, אזוי וועלן באקטעריעס וואס באקומען קעגנשטעל גענעס דורך HGT איבערלעבן און דאמינירן.
ווירולענץ און נייע פּאַטאָגענס
HGT טריגערט אויך דעם אויפקום פון נייע פּאַטאַגענע שטאַמען. באַקטעריעס קענען באַקומען גענעס פֿאַר אַדכיזשאַן, ינוואַזיע, טאָקסין, אָדער סעקרעשאַן סיסטעמען, וואָס ערמעגליכט מער עפעקטיוו ינפעקציע. מאל, קענען באַקטעריעס וואָס זענען פריער רעלאַטיוו ומשעדלעך ווערן פּאַטאַגענע צוליב דעם "פּעקל" פון ווירולענץ גענעס פון גענאָמישע אינזלען אָדער פאַגעס.
ענווייראָנמענטאַל אַדאַפּטאַציע און ביאָרעמעדיאַציע
ווייטער פון מעדיצין, איז HGT נוצלעך אין מיקראָביעלער עקאָלאָגיע. באַקטעריעס קענען באַקומען די מעגלעכקייט צו דעגראַדירן כיידראָקאַרבאָנס, פּעסטאַסיידז, אָדער שווערע מעטאַלן, און אַזוי העלפֿן ביאָרעמעדיאַציע פּראָצעסן. אין עקסטרעמע סביבות, קען HGT פאַרשפּרייטן גענעס פֿאַרבונדן מיט טאָלעראַנץ פון הויכע טעמפּעראַטורן, זאַלץ, אָדער עקסטרעמע pH.
ווי שטודירן וויסנשאפטלער HGT?
HGT ווערט שטודירט דורך לאַבאָראַטאָריע עקספּערימענטן און גענאָמישע אַנאַליז. גענאָמיש, קען HGT דעטעקטירט ווערן דורך זוכן פֿאַר אונטערשיידן אין באַזע זאַץ (למשל, GC אינהאַלט) וואָס ווייכן פֿון די הויפּט גענאָם, די בייַזייַן פֿון גענעס וואָס זענען מער ענלעך צו יענע פֿון ווייט פֿאַרבונדענע אָרגאַניזמען, אָדער די בייַזייַן פֿון מאָבילע עלעמענטן ווי טראַנספּאָזאַסעס. פֿילאָגענעטישע אַנאַליז קען אויך אַנטדעקן "מיסמאַטשעס" ווען דער עוואָלוציאָנערער בוים פֿון אַ גען איז נישט אין איינקלאַנג מיט דעם עוואָלוציאָנערער בוים פֿון זײַן מינים.
קלאָוזינג
האָריזאָנטאַלע גענע טראַנספער אין באַקטעריע איז אַ שטאַרקער מאָטאָר פון עוואָלוציע. דורך טראַנספאָרמאַציע, טראַנסדוקציע און קאָנדזשוגאַציע - געשטיצט דורך פּלאַזמידן, טראַנספּאָסאָנס, אינטעגראָנס און גענאָמישע אינזלען - קענען באַקטעריע שנעל באַקומען נייע אייגנשאַפטן. אויף איין זייט, העלפֿט HGT באַקטעריע אַדאַפּטירן און אויפהאַלטן די דינאַמיק פון מיקראָביעלע עקאָסיסטעמען. אויף דער אַנדערער זייט, שטעלט HGT אַ גרויסע אַרויסרופן פֿאַר מענטשלעכער געזונט דורך פאַרגיכערן די פאַרשפּרייטונג פון אַנטיביאָטיק קעגנשטעל און ווירולענס פאַקטאָרן. פֿאַרשטיין די מעכאַניזמען און פּאַטערנז פון HGT איז קריטיש פֿאַר דיזיינינג ינפעקציע קאָנטראָל סטראַטעגיעס, די קלוגע נוצן פון אַנטיביאָטיקס און די אַנטוויקלונג פון נייע טעראַפּיעס צו אַדרעסירן די שטענדיק-עוואָלווינג נאַטור פון באַקטעריע.
