Genoverføring

Under Genoverføring refererer til kunstig eller naturlig overføring av fremmed genetisk materiale til en befruktet eggcelle. Mer presist overføres individuelle gener fra en donororganisme til en mottakerorganisme. Det skilles mellom horisontal og vertikal genoverføring. Genoverføring kan skje ved transformasjon, konjugering eller transfeksjon. Tekniske prosesser er for eksempel mikroinjeksjon eller den biolistiske metoden, også kjent som "genpistolen".

Hva er en genoverføring?

Horisontal genoverføring er en prosess der genetisk materiale tas inn eller videreføres uten seksuelle reproduksjonsveier og uavhengig av artsgrenser. I denne prosessen introduseres et gen med en spesifikk egenskap i et genom og aktiveres der. Mer presist betyr dette at genetisk materiale ikke overføres langs en avstamning, mens vertikal genoverføring skjer gjennom forfedre til avkom.

I evolusjonsteorien gir horisontal genoverføring en forklaring på fremveksten av for eksempel mikroorganismer som er preget av store sprang i utviklingen. Fra dette, i sin tur, må vertikal transmisjon skilles ut som en spesiell form, hvorved patogener føres videre til en annen via den genetiske sammensetningen av en infisert generasjon.

Det er påvist horisontal overføring hos mikroorganismer og virvelløse dyr. For eksempel spres gener som er resistente mot antibiotika blant bakterier. Når det gjelder Wolbachia-bakterier, smugles derimot et helt genom inn i cellene til en fruktflue, selv om bare noen av genene senere har visse funksjoner.

På grunn av den raske nedbrytningen av tansgenisk DNA utenfor en celle, er det heller lite sannsynlig at horisontal genoverføring vil skje i den mikrobiologiske faunaen. Det meste foregår på laboratoriet. Fremveksten av forskjellige motstander og patogener alene kunne igjen gi informasjon om en naturlig forekommende genoverføring.

En slik genoverføring er for eksempel påvist i jordbakterien "Agrobacterium tumefaciens", som har evnen til å overføre DNA til planteceller, en prosess som først ble beskrevet av de belgiske molekylærbiologene Marc Van Montagu og Jozef Schell i 1983, og ved den gramnegative stavbakterien "Bartonella henselae", som er i stand til å overføre DNA til eukaryote celler via sitt eget transportsystem.

Vertikal genoverføring er på sin side en krysning mellom to individer eller planter som foregår på seksuell basis, hvorved genene videreføres til de neste generasjoner. Vi snakker da om en overføring langs den vertikale nedstigningslinjen.

Hvis for eksempel transgene og ikke-transgene planter krysses, tar de ikke-transgene også opp konstruksjonene til genene. Det kan også overføres til kromosomer som har genetiske defekter.

Når det gjelder mikroorganismer, kalles overføring av DNA til avkom vertikal overføring. Dette begrepet beskriver også overføring av patogener under graviditet, fødselsprosessen og etter fødselen fra mor til barnet. Her kan det forekomme smittsomme sykdommer, som røde hunder eller HIV.

Funksjon & oppgave

I genteknologi brukes horisontal genoverføring for å lage genmodifiserte organismer. Prosedyren inkluderer mange metoder som avhenger av den spesielle endringen, for eksempel om det er en prokaryote eller en eukaryot. Førstnevnte beskriver levende vesener som ikke har en kjerne. Dette er for eksempel bakterier, mer presist eubakterier og arkaebakterier. De er preget av høy biologisk tilpasningsevne og en enkel morfologi, har ingen mitokondrier, et genom fritt i cytoplasmaet, har en kompleks ekstracellulær matrise og ytterligere DNA.

Følgelig er eukaryoter organismer som har en kjerne og utvikler seg fra kjerneholdige foreldreceller. Disse igjen kan være sporer eller zygoter. En zygote er en diploid celle som har oppstått fra egg- og sædceller. Sporer er enkelt- eller flercellede mikroorganismer med høy motstand mot miljøpåvirkning.

I prokaryoter foregår transformasjon, transduksjon og konjugering, i eukaryoter, transfeksjon. Under transduksjon overfører en infeksjon med bakteriofager DNA-fragmenter mellom to bakterier. Under konjugering overføres DNA fra en bakterie til en annen. Også fra giver til mottaker på tvers av artsgrensene. Bakterier som fungerer som givere har F-faktoren som gjør konjugering mulig i utgangspunktet. En forbindelse mellom bakteriene opprettes ved hjelp av en plasmabro og giveren overfører plasmidet til mottakeren. Transformasjon er på sin side opptak av gratis DNA av bakterier.

Sykdommer og plager

Forskere har nå klart å bevise at menneskelige gener ikke bare ble overført fra en generasjon til den neste via vertikal genoverføring, men at mennesker også overtok dem fra bakterier i løpet av evolusjonen. Mer enn hundre gener fra mikroorganismer fant veien inn i det menneskelige genom via horisontal genoverføring.

Resultatet av forskningen forårsaket en oppsving i 2001, men ble fremdeles ansett som kontroversiell. Etter hvert som en mer omfattende genomdatabase ble tilgjengelig etter hvert som årene gikk, sammenlignet britiske forskere gener fra arter av fruktfluer, primater, forskjellige rundorm og mennesker med genetisk sammensetning av mikroorganismer. Resultatet hos mennesker var 145 gener, som opprinnelig kommer fra en verden av mikrober og i tillegg fyller viktige oppgaver, for eksempel er de involvert i lipidmetabolisme eller i forskjellige immunreaksjoner.

En slik horisontal genoverføring skjer sannsynligvis på et tidspunkt da de forskjellige artene ennå ikke hadde splittet seg. I kontrast har genoverføring i denne formen eksistert til i dag i rundorm og fruktfluer. Hvordan slike bakterier ble introdusert i det humane genomet er ennå ikke avklart. En mulig forklaring er virus som kunne tjent som transportmiddel.

Generelt kan genoverføring ha en positiv effekt på helsen til organismer ved å gjøre dem immun mot ekstern mottakelighet, men det motsatte kan også forekomme, hvorved patogener, som i tilfellet med HI-viruset, overføres til en annen organisme.