Ευρετήριο Άρθρου

5.4. Αξιολόγηση της μεταφοράς γονιδίων


5.4.1. Προκαρυωτικοί μικροοργανισμοί

Η ποικιλία μηχανισμών είναι χαρακτηριστικό για την μεταφορά του DNA στα προκαρυωτικά, και αυτή μπορεί να οδηγήσει στη μετάδοση κληρονομικών χαρακτηριστικών.

Οι μηχανισμοί αυτοί για τη μεταφορά του DNA δίνουν στα βακτήρια πλεονέκτημα στην προσαρμοστική απόκριση στις περιβαλλοντικές αλλαγές μέσω της υιοθέτησης νέων γενετικών πληροφοριών η οποία μπορεί να δώσει αποτελεσματικό αποτρεπτικό μέσο για την αντιμετώπιση μιας δυσμενής επιλεκτικής πίεσης. Ένα παρόμοιο είδος εκδήλωσης είναι η ευρεία διάδοση των γονιδίων αντιμικροβιακής ανθεκτικότητας μεταξύ των μικροοργανισμών μετά την εισαγωγή αντιβιοτικών παραγόντων στη γεωργία, την κτηνιατρική και την ιατρική του ανθρώπου. Ένας πολύ διαδεδομένος μηχανισμός για τη μεταφορά των γονιδίων στα προκαρυωτικά συστήματα είναι η σύζευξη, η οποία βασίζεται στην παρουσία πλασμιδίου στα κύτταρα του δότη ή τρανσποζόνια σύζευξης στο χρωμόσωμα. υποβοηθούμενη αντίγραφο (ες) Η άμεση επαφή κυττάρου με κύτταρο υποβοηθά την μεταφορά αντιγράφου (-ων) του πλασμιδίου ή του τρανσποζονίου (-ων) στα κύτταρα δέκτες. Στα βακτήρια έχει ταυτοποιηθεί μεγάλος αριθμός πλασμιδίων, μερικά από τα οποία δεν έχουν την ικανότητα δικής τους μεταφοράς. Στην περίπτωση αυτή η μεταφορά διευκολύνεται από άλλα πλασμίδια.

Ο αριθμός των πλασμιδίων που υπάρχουν σε βακτηριακά κύτταρα μπορεί να είναι διαφορετικός και αυτό το χαρακτηριστικό είναι κοινό για τους βακτηριακούς πληθυσμούς που διαβιούν σε διάφορα τμήματα. Αυτά τα κινητά γενετικά στοιχεία – τα πλασμίδια και τα τρανσποζόνια μπορούν συχνά να προσδιορίζουν νέες ιδιότητες των κυττάρων. Ένα μοναδικό φαινόμενο στη φύση (όπως σε πειραματικές συνθήκες) είναι συζευκτική μεταφορά γονιδίου από βακτήρια σε ευκαρυωτικά κύτταρα (ζυμομύκητες, νηματοειδείς μύκητες, ζωικά και φυτικά κύτταρα).

Μία άλλη μέθοδος μεταφοράς γονιδίου, η οποία βασίζεται στην ενεργό αποδοχή του DNA από τα βακτήρια στο κυτταρόπλασμα τους είναι ο φυσικός μετασχηματισμός. Αυτό το φαινόμενο είναι χαρακτηριστικό για περιορισμένο αριθμό βακτηρίων από τα κύριες τροφικές και ταξινομικές ομάδες. Η διαδικασία (η μεταφορά) μπορεί να πραγματοποιηθεί αποτελεσματικά κατά τη διάρκεια μιας συγκεκριμένης φάσης της ανάπτυξης του πληθυσμού που ονομάζεται «αρμοδιότητα». Ο μετασχηματισμός υλοποιείται με θραύσματα χρωμοσωμικού DNA ή με πλασμίδια. Η μέθοδος πραγματοποιείται σε συγκεκριμένες φυσικές ή χημικές συνθήκες, που χαρακτηρίζουν τη φάση της αρμοδιότητας στην οποία το ξένο DNA μπορεί να εισέλθει στα βακτηριακά κύτταρα. Αυτό το είδος της μετατροπής χρησιμοποιείται συχνά για την υλοποίηση των γενετικών τεχνολογιών.

Ο τρίτος τύπος της μεταφοράς γονιδίων – η μεταγωγή παρατηρείται επίσης σε μικροβιακούς πληθυσμούς και κοινότητες. Πραγματοποιείται μέσω βακτηριακών ιών που συσκευάζουν ένα τυχαίο μέρος του DNA του τελευταίου κύτταρου ξενιστή, καθιστώντας το κύτταρο δότη και στη συνέχεια το μεταφέρουν σε ένα κύτταρο δέκτη.

Η εξειδίκευση των τριών μηχανισμών που περγραφονται παραπάνω εξαρτάται από τη γενετική σχέση του κυττάρου δότη και λήπτη. Η μεταφορά των γονιδίων μπορεί να επιτευχθεί μέσω αυτών των μηχανισμών μεταξύ των μελών ενός είδους, αλλά επίσης και μεταξύ των εκπροσώπων διαφόρων ειδών και γενών. Η λεγόμενη «οριζόντια μεταφορά γονιδίων» που υλοποιείται από τους παραπάνω μηχανισμούς έχει μελετηθεί εκτενώς και θεωρείται ως πολύ σημαντική για την γονιδιωματική δομή του βακτηριακού είδους. Η μελέτη αυτού του φαινομένου περιλαμβάνει επίσης μια ανάλυση της πλήρους γονιδιωματικής αλληλουχίας.

Τα πειράματα στο πεδίο της φυσικής μεταφοράς γονιδίων έχουν δείξει ότι τα διάφορα συμβάντα μετάδοσης πραγματοποιούνται στα φυσικά ενδιαιτήματα των βακτηρίων, όπως το έδαφος, η ριζόσφαιρα, το φυλλοεπίπεδο, τα ιζήματα, οι επίτοποι των ποταμών, τα τρόφιμα, ο εντερικός σωλήνας, η στοματική κοιλότητα των θηλαστικών κλπ..

Μετά την εύστοχη μεταφορά του ξένου DNA στο κύτταρο δέκτη, αυτό μπορεί να εισαχθεί εντός του γονιδιώματος με γενωμική ενσωμάτωση (π.χ. ομόλογος ανασυνδυασμός) ή με τον σχηματισμό πλασμιδίου (στην περίπτωση ότι είναι παρούσα μια αρχή αντιγραφής). Αυτή η διαδικασία μπορεί να τερματιστεί για διάφορους λόγους (όπως η έλλειψη ομολογίας στην αλληλουχία νουκλεοτιδίων ή η παρουσία ενδονουκλεασών περιορισμού). Είναι σαφές ότι εάν η νέα γενετική πληροφορία δίνει προτεραιότητα στον παραλήπτη και επιτρέπει την επιβίωση σε μεταβολές των φυσικών οικοσυστημάτων, αυτή θα διατηρηθεί στο επίπεδο πληθυσμού, αν η πίεση επιλογής είναι μακροχρόνια. Έτσι, η μεταφορά γονιδίων θα μπορούσε να θεωρηθεί ως ένα φαινόμενο, τυπικό για τη φύση των προκαρυωτικών μικροοργανισμών. Είναι μια φυσική απόκριση στις μεταβολές της επιλεκτικής πίεσης του περιβάλλοντος όπου η κυκλοφορία γονιδίων ή συνδυασμών γονιδίων, καθώς και η εμφάνιση ορισμένων ομάδων γονιδίου δίνει καλύτερες ευκαιρίες για επιβίωση του μικροβιακού πληθυσμού.

Λαμβάνοντας υπόψη τον φυσικό χαρακτήρα της μεταφοράς των γονιδίων στη βακτηριακή κοινότητα που μπορεί να παρέχει μια ευρύτερη κατανομή των ανασυνδυασμένων κατασκευασμάτων, είναι προτιμότερο κατά τη διαδικασία χειρισμών γενετικής μηχανικής, να χρησιμοποιείται η προσέγγιση της χρωμοσωμικής ενσωμάτωσης. Η ενσωμάτωση γονιδίων στα κατασκευάσματα, που μπορούν να δώσουν ένα επιλεκτικό πλεονέκτημα υπό ορισμένες συνθήκες, θα πρέπει να αποφεύγεται (π.χ. αντιμικροβιακοί καθοριστικοί παράγοντες). Κατα την προετοιμαστου επιθυμητού κατασκευάσματος θα πρέπει να προβλεφθεί μια διαδικασία για την εξάλειψη κάθε γονιδιακής αλληλουχίας που μπορεί να διεγείρει την τυχαία ενσωμάτωση σε άλλα γονιδιώματα.


5.4.2. Ευκαρυωτικοί μικροοργανισμοί

Τα ευκαρυωτικά κύτταρα διαφέρουν από τα προκαρυωτικά με την πολύπλοκη δομή του: αυτά έχουν καλά ανεπτυγμένο πυρήνα.

Οι διαδικασίες μεταφοράς γονιδίων σε αυτούς τους μικροοργανισμούς (ζυμομύκητες και νηματοειδείς μύκητες) επίσης διαφέρουν από αυτές που περιγράφονται στα βακτήρια.

Ο φυσικός υβριδισμός κυττάρων και η γενετικός ανασυνδυασμός συανντώνται κυρίως σε είδη που κατέχουν γενετικό ή παραγενετικό κυτταρικό κύκλο. Οι εκδηλώσεις αυτές λαμβάνουν χώρα στα ευκαρυωτικά κύτταρα με γενετική αναπαραγωγή μέσω mating, μειωτικής και σποροπαραγωγής. Η γονιδιακή μεταφορά των μικροοργανισμών με παραγενετικό κύκλο ζωής περνά μέσα από αναστόμωση, πυρηνική σύντηξη και απλοειδοποίηση μέσω σταδιακής απώλειας χρωμοσωμάτων. Σε μερικές οικογένειες μπορεί να παρακολουθείται και υβριδισμός μεταξύ στενά συγγενικών ειδών.

Η μεταφορά συνθετικών γονιδίων από ζύμη σε κύτταρα θηλαστικών πραγματοποιήθηκε με τεχνητά χρωμοσώματα ζυμομυκήτων (YAC). Αυτά έχουν μεγάλο δυναμικό ως φορείς στη γονιδιακή θεραπεία.

backnext

Intranet