transfer gen horizontal atau transfer gen lateral pertukaran materi genetik antara organisme, yang tidak terjadi dalam keluarga. Peristiwa ini terjadi antara individu-individu dari generasi yang sama dan dapat terjadi pada makhluk uniseluler atau multiseluler.
Transfer horizontal terjadi melalui tiga mekanisme utama: konjugasi, transformasi, dan transduksi. Pada tipe pertama, pertukaran fragmen DNA panjang dimungkinkan , sedangkan pada dua tipe terakhir transfer terbatas pada segmen kecil materi genetik.
Sebuah bakteri. THG umum terjadi pada organisme ini. Sumber pixabay.com
Konsep sebaliknya adalah transfer gen vertikal , di mana informasi genetik diturunkan dari suatu organisme ke keturunannya. Proses ini tersebar luas pada eukariota , seperti tumbuhan dan hewan . Sebaliknya, transfer horizontal umum terjadi pada mikroorganisme.
Pada eukariota, transfer horizontal tidak biasa. Namun, ada bukti pertukaran fenomena ini, termasuk nenek moyang manusia, yang memperoleh gen tertentu melalui virus.
Indeks artikel
Apa yang dimaksud dengan transfer gen horizontal?
Selama reproduksi, organisme eukariotik mewariskan gen mereka dari satu generasi ke keturunannya (anak-anak) dalam proses yang dikenal sebagai transfer gen vertikal. prokariotik juga melakukan langkah ini, tetapi dengan reproduksi aseksual oleh fenomena fisi atau mekanisme lainnya.
Namun, pada prokariota ada cara lain untuk bertukar materi genetik yang disebut transfer gen horizontal. Di sini, fragmen DNA dipertukarkan antara organisme dari generasi yang sama dan dapat berpindah dari satu spesies ke spesies lainnya.
Transfer horizontal relatif umum di antara bakteri. Ambil contoh gen yang menyebabkan resistensi antibiotik. Fragmen DNA penting ini ditransfer secara normal antara bakteri dari spesies yang berbeda.
Mekanisme ini melibatkan komplikasi medis yang signifikan ketika mengobati infeksi.
Mekanisme
Ada tiga mekanisme mendasar dimana DNA dapat dipertukarkan dengan transfer horizontal. Ini adalah konjugasi, transformasi, dan transduksi.
Konjugasi
Transfer gen melalui konjugasi adalah satu-satunya jenis yang melibatkan kontak langsung antara dua bakteri.
Namun, tidak boleh dibandingkan dengan pertukaran gen melalui reproduksi seksual (di mana biasanya ada kontak antara organisme yang terlibat), karena prosesnya sangat berbeda. Di antara perbedaan utama adalah tidak adanya meiosis .
Selama konjugasi, perpindahan materi genetik dari satu bakteri ke bakteri lain dilakukan melalui kontak fisik yang dibentuk oleh struktur yang disebut pili. Ini berfungsi sebagai jembatan penghubung, di mana pertukaran terjadi.
Meskipun bakteri tidak berdiferensiasi menjadi jenis kelamin, organisme yang membawa DNA melingkar kecil yang dikenal sebagai faktor F (fertilitas f) dikenal sebagai “jantan”. Sel-sel ini adalah donor selama konjugasi, meneruskan materi ke sel lain yang tidak memiliki faktor tersebut.
DNA faktor F terdiri dari sekitar 40 gen, yang mengontrol replikasi faktor seksual dan sintesis pili seksual.
Bukti pertama dari proses konjugasi berasal dari percobaan Lederberg dan Tatum, tetapi Bernard Davis yang akhirnya menunjukkan bahwa kontak diperlukan untuk transfer.
Transformasi
Transformasi melibatkan pengambilan molekul DNA telanjang yang ditemukan di lingkungan yang dekat dengan bakteri inang. Potongan DNA ini berasal dari bakteri lain.
Proses tersebut dapat dilakukan secara alami, karena populasi bakteri biasanya mengalami transformasi. Demikian pula, transformasi dapat disimulasikan di laboratorium untuk memaksa bakteri mengambil DNA yang menarik yang ditemukan di luar.
Secara teoritis, setiap bagian DNA dapat diambil. Namun, telah diamati bahwa proses tersebut melibatkan molekul kecil.
Transduksi
Akhirnya, mekanisme transduksi terjadi melalui fag (virus) yang membawa DNA dari bakteri donor ke penerima. Seperti pada kasus sebelumnya, jumlah DNA yang ditransfer relatif kecil, karena kemampuan virus untuk membawa DNA terbatas.
Biasanya, mekanisme ini terbatas pada bakteri yang dekat secara filogenetik, karena virus yang membawa DNA harus mengikat reseptor spesifik pada bakteri untuk menyuntikkan materi.
Contoh
Endonuklease adalah enzim yang memiliki kemampuan untuk memutuskan ikatan fosfodiester dalam rantai polinukleotida, dari dalam – itulah sebabnya mereka dikenal sebagai “endo”. Enzim ini tidak memotong di mana pun, mereka memiliki situs khusus untuk melakukannya, yang disebut situs restriksi.
Urutan asam amino untuk enzim EcoRI (dalam E. coli ) dan RSRI (dalam Rhodobacter sphaeroides ) memiliki urutan hampir 300 residu asam amino, yang 50% identik satu sama lain, dengan jelas menunjukkan kekerabatan evolusioner yang dekat.
Namun, berkat studi karakteristik molekuler dan biokimia lainnya, kedua bakteri ini sangat berbeda dan sangat sedikit terkait dari sudut pandang filogenetik.
Selain itu, gen yang mengkode enzim EcoRI menggunakan kodon yang sangat spesifik yang berbeda dengan yang biasanya digunakan oleh E. coli, sehingga diduga gen tersebut tidak berasal dari bakteri ini.
Transfer gen horizontal dalam evolusi
Pada tahun 1859, naturalis Inggris Charles Darwin merevolusi ilmu biologi dengan teorinya tentang evolusi melalui seleksi alam. Dalam buku ikoniknya, Origin of Species, Darwin mengusulkan metafora pohon kehidupan untuk menggambarkan hubungan silsilah antar spesies.
Hari ini, filogeni adalah representasi formal dari metafora ini , di mana diasumsikan bahwa transmisi informasi genetik terjadi secara vertikal – dari orang tua ke anak-anak.
Kita dapat menerapkan visi ini tanpa ketidaknyamanan besar pada organisme multiseluler dan kita akan mendapatkan pola bercabang, seperti yang diusulkan Darwin.
Namun, representasi cabang tanpa fusi ini sulit diterapkan pada mikroorganisme. Ketika membandingkan genom prokariota yang berbeda, jelas bahwa ada transfer gen yang luas antar garis keturunan.
Dengan demikian, pola hubungan lebih seperti jaringan, dengan cabang-cabang yang terhubung dan menyatu, berkat prevalensi transfer gen horizontal.
Referensi
- Gogarten, JP, & Townsend, JP (2005). Transfer gen horizontal, inovasi dan evolusi genom. Tinjauan Alam Mikrobiologi , 3 (9), 679.
- Keeling, PJ, & Palmer, JD (2008). Transfer gen horizontal dalam evolusi eukariotik. Ulasan Alam Genetika , 9 (8), 605.
- Pierce, BA (2009). Genetika: Sebuah pendekatan konseptual . Ed. Medis Panamerika.
- Russell, P., Hertz, P., & McMillan, B. (2013). Biologi: Ilmu Dinamis. Pendidikan Nelson.
- Sumbali, G., & Mehrotra, RS (2009). Prinsip mikrobiologi . McGraw-Hill.
- Syvanen, M., & Kado, CI (2001). Transfer gen horizontal . Pers Akademik.
- Tortora, GJ, Funke, BR, & Kasus, CL (2007). Pengantar mikrobiologi . Ed. Medis Panamerika.