Horizontaler Gentransfer

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Moderner Stammbaum des Lebens. Er teilt er sich in drei Domänen, entsprechend der Ergebnisse von Carl Woese et al.. Der horizontale Gentransfer durch Chloroplasten und Mitochondrien findet sich in in der unteren Mitte der Abbildung. Nach Woese hat bei der Entstehung der drei Domänen aus einem Konsortium von Urzellen mit sehr kleinem Genom der horizintale Gentransfer die entscheidende Rolle gespielt (Abb. unten). [1]

Horizontaler Gentransfer (HGT) oder lateraler Gentransfer (LGT) bezeichnet eine Übertragung von Genen bzw. Erbmaterial, die nicht entlang der Abstammungslinie – also nicht vertikal von der Elterngeneration zu den Nachkommen – erfolgt. Horizontaler Gentransfer ist sowohl bei sexuellen als auch bei asexuellen Organismen (z.B. Bakterien) bei weitem nicht so häufig wie der vertikale Gentransfer.

Evolution[Bearbeiten]

Horizontaler Gentransfer bildet in der Evolutionstheorie eine Möglichkeit zur Erklärung von Sprüngen in der Entwicklung vor allem von Mikroorganismen. Ebenfalls gegenüber dem horizontalen Gentransfer lässt sich die vertikale Transmission abgrenzen, bei der Virenerbgut von einer „infizierten“ Generation an eine andere weitergegeben wird (etwa bei Wolbachia pipientis).

Bioengineering[Bearbeiten]

Horizontaler Gentransfer bildet in der Gentechnologie eine wichtige Methode, transgene Organismen zu erzeugen. Für Prokaryoten und Eukaryoten sind jeweils unterschiedliche Methoden erfolgreich in Gebrauch:

  • Bei Eukaryoten: Transfektion (Äquivalent zur Transformation bei Prokaryoten)

Nachweise und Beispiele[Bearbeiten]

Direkt nachgewiesen wurde die Übertragung prokaryotischer DNA auf Eukaryoten bisher bei Agrobacterium tumefaciens (Pflanzenzellen) und Bartonella henselae (menschliche Zellen).[2][3]

Ein Beispiel für einen horizontalen Gentransfer unter höheren Organismen ist der Transfer von Genen für die Carotinoid-Synthese von einem Pilz auf die Erbsenlaus (Acyrthosiphon pisum).[4][5]

Ebenso gilt als Beispiel die Übernahme eines Cellulasegens durch einen Zweig der Nematoda von ihren Endosymbionten.[6][7]

2012 fanden Ricardo Acuña und Kollegen[8] Indizien dafür, dass der Kaffeekirschenkäfer (Hypothenemus hampei) das Gen HhMAN1 für das Verdauungsenzym Mannanase durch horizontalen Gentransfer von einem noch unidentifizierten Bakterium erworben hat. Das Enzym erlaubt es dem Käfer, Galactomannane, die wichtigsten Speicher-Kohlenhydrate der Kaffeebohne, aufzuschließen und zu verdauen.

Eine umfassende Suche nach Bakteriengenen in den inzwischen zahlreichen offen zugänglichen Sequenzen menschlicher Genome fand insbesondere in bestimmten Krebszellen eingeschleuste Bakteriengene, aber auch in wenigen Fällen in normalen Zellen.[9]

Siehe auch[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Nature Reviews Microbiology 3, 675-678 (September 2005)
  2. M. Van Montagu: It is a long way to GM agriculture. In: Annual review of plant biology. Band 62, Juni 2011, S. 1–23, ISSN 1545-2123. doi:10.1146/annurev-arplant-042110-103906. PMID 21314429.
  3. G. Schröder, R. Schuelein u.a.: Conjugative DNA transfer into human cells by the VirB/VirD4 type IV secretion system of the bacterial pathogen Bartonella henselae. In: PNAS Band 108, Nummer 35, August 2011, S. 14643–14648. doi:10.1073/pnas.1019074108. PMID 21844337. PMC 3167556 (freier Volltext).
  4. Lateral Transfer of Genes from Fungi Underlies Carotenoid Production in Aphids. www.sciencemag.org. Abgerufen am 15. Januar 2011.
  5. A Fungal Past to Insect Color. www.sciencemag.org. Abgerufen am 15. Januar 2011.
  6. Jones, John T., Cleber Furlanetto, Taisei Kikuchi:[1] Horizontal gene transfer from bacteria and fungi as a driving force in the evolution of plant parasitism in nematodes. Nematology Band 7, Nr. 5, 2005, S. 641–646.
  7. Mayer, Werner E. et al.:Horizontal gene transfer of microbial cellulases into nematode genomes is associated with functional assimilation and gene turnover. BMC Evolutionary Biology, Band 11, Nr. 1, 2011, S. 13.
  8. Ricardo Acuña, Beatriz E. Padilla, Claudia P. Flórez-Ramos, José D. Rubio, Juan C. Herrera, Pablo Benavides, Sang-Jik Lee, Trevor H. Yeats, Ashley N. Egan, Jeffrey J. Doyle, Jocelyn K. C. Rose (2012): Adaptive horizontal transfer of a bacterial gene to an invasive insect pest of coffee. Proceedings of the National Academy of Sciences USA vol. 109 no. 11: 4197–4202. doi:10.1073/pnas.1121190109
  9. David R. Riley, Karsten B. Sieber u. a.: Bacteria-Human Somatic Cell Lateral Gene Transfer Is Enriched in Cancer Samples. In: PLoS Computational Biology. 9, 2013, S. e1003107, doi:10.1371/journal.pcbi.1003107.