TRASFERIMENTO GENICO ORIZZONTALE: MECCANISMI ED ESEMPI - BIOLOGIA - 2025

Il trasferimento genico orizzontale o trasferimento genico laterale è lo scambio di materiale genetico tra organismi, che non si verifica nelle famiglie. Questo evento si verifica tra individui della stessa generazione e può verificarsi in esseri unicellulari o multicellulari.

Il trasferimento orizzontale avviene attraverso tre meccanismi principali: coniugazione, trasformazione e trasduzione. Nel primo tipo è possibile lo scambio di lunghi frammenti di DNA, mentre negli ultimi due il trasferimento è ristretto a piccoli segmenti del materiale genetico.

Un batterio. La THG è comune in questi organismi. Fonte pixabay.com

Il concetto opposto è il trasferimento genico verticale, in cui l'informazione genetica passa da un organismo alla sua prole. Questo processo è diffuso negli eucarioti, come piante e animali. Al contrario, il trasferimento orizzontale è comune nei microrganismi.

Negli eucarioti, il trasferimento orizzontale non è così comune. Tuttavia, ci sono prove di scambio di questo fenomeno, incluso l'antenato degli umani, che ha ottenuto determinati geni attraverso i virus.

Cos'è il trasferimento genico orizzontale?

Durante la riproduzione, gli organismi eucarioti trasmettono i loro geni da una generazione alla loro prole (bambini) in un processo noto come trasferimento genico verticale. Anche i procarioti eseguono questo passaggio, ma attraverso la riproduzione asessuata attraverso la fissione o altri meccanismi.

Tuttavia, nei procarioti esiste un altro modo per scambiare materiale genetico chiamato trasferimento genico orizzontale. Qui, i frammenti di DNA vengono scambiati tra organismi della stessa generazione e possono passare da una specie all'altra.

Il trasferimento orizzontale è relativamente comune tra i batteri. Prendiamo l'esempio dei geni che causano resistenza agli antibiotici. Questi importanti frammenti di DNA vengono trasferiti normalmente tra batteri di specie diverse.

Questi meccanismi comportano significative complicazioni mediche durante il trattamento delle infezioni.

meccanismi

Ci sono tre meccanismi fondamentali con cui il DNA può essere scambiato mediante trasferimento orizzontale. Queste sono coniugazione, trasformazione e trasduzione.

Coniugazione

Il trasferimento genico per coniugazione è l'unico tipo che coinvolge il contatto diretto tra i due batteri.

Tuttavia, non dovrebbe essere paragonato allo scambio genico attraverso la riproduzione sessuale (dove di solito c'è un contatto tra gli organismi coinvolti), poiché il processo è molto diverso. Tra le principali differenze c'è l'assenza di meiosi.

Durante la coniugazione, il passaggio di materiale genetico da un batterio all'altro avviene attraverso il contatto fisico stabilito da una struttura chiamata pili. Funziona come un ponte di collegamento, dove avviene lo scambio.

Sebbene i batteri non si differenziano in sessi, l'organismo che trasporta un piccolo DNA circolare noto come fattore F (fertilità f) è noto come "maschio". Queste cellule sono i donatori durante la coniugazione, passando il materiale a un'altra cellula priva del fattore.

Il Fattore F DNA è costituito da circa 40 geni, che controllano la replicazione del fattore sessuale e la sintesi dei pili sessuali.

La prima prova del processo di coniugazione proviene dagli esperimenti di Lederberg e Tatum, ma fu Bernard Davis che alla fine dimostrò che il contatto era necessario per il trasferimento.

Trasformazione

La trasformazione prevede il prelievo di una molecola di DNA nuda trovata nell'ambiente vicino a un batterio ospite. Questo pezzo di DNA proviene da un altro batterio.

Il processo può essere svolto in modo naturale, poiché le popolazioni di batteri normalmente subiscono una trasformazione. Allo stesso modo, la trasformazione può essere simulata in laboratorio per costringere i batteri ad assorbire il DNA di interesse che si trova all'esterno.

Teoricamente, qualsiasi pezzo di DNA può essere preso. Tuttavia, è stato osservato che il processo coinvolge piccole molecole.

Trasduzione

Infine, il meccanismo di trasduzione avviene per mezzo di un fago (virus) che trasporta il DNA da un batterio donatore a un ricevente. Come nel caso precedente, la quantità di DNA trasferito è relativamente piccola, poiché la capacità del virus di trasportare il DNA è limitata.

Di solito, questo meccanismo è limitato ai batteri che sono filogeneticamente vicini, poiché il virus che trasporta il DNA deve legarsi a recettori specifici sui batteri per iniettare il materiale.

Esempi

Le endonucleasi sono enzimi che hanno la capacità di rompere i legami del fosfodiestere all'interno di una catena polinucleotidica, dall'interno - ecco perché sono conosciuti come "endo". Questi enzimi non tagliano da nessuna parte, hanno siti specifici per farlo, chiamati siti di restrizione.

Le sequenze amminoacidiche per gli enzimi EcoRI (in E. coli) e RSRI (in Rhodobacter sphaeroides) hanno una sequenza di quasi 300 residui amminoacidici, che sono identici al 50% tra loro, indicando chiaramente una stretta parentela evolutiva.

Tuttavia, grazie allo studio di altre caratteristiche molecolari e biochimiche, questi due batteri sono molto diversi e sono molto poco legati da un punto di vista filogenetico.

Inoltre, il gene che codifica per l'enzima EcoRI utilizza codoni molto specifici diversi da quelli normalmente utilizzati da E. coli, quindi si sospetta che il gene non abbia avuto origine in questo batterio.

Trasferimento genico orizzontale in evoluzione

Nel 1859, il naturalista britannico Charles Darwin rivoluzionò le scienze biologiche con la sua teoria dell'evoluzione attraverso la selezione naturale. Nel suo libro iconico, L'origine delle specie, Darwin propone la metafora dell'albero della vita per illustrare le relazioni genealogiche tra le specie.

Oggi, le filogenesi sono una rappresentazione formale di questa metafora, dove si presume che la trasmissione delle informazioni genetiche avvenga verticalmente, dai genitori ai figli.

Possiamo applicare questa visione senza grossi inconvenienti agli organismi multicellulari e otterremo uno schema ramificato, come propone Darwin.

Tuttavia, questa rappresentazione di rami senza fusioni è difficile da applicare ai microrganismi. Quando si confrontano i genomi di diversi procarioti, è chiaro che esiste un ampio trasferimento genico tra le linee.

Pertanto, lo schema delle relazioni è più simile a una rete, con rami collegati e fusi insieme, grazie alla prevalenza del trasferimento genico orizzontale.

Riferimenti

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