Transferência horizontal de genes: mecanismos e exemplos - Ciência - 2023

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o transferência horizontal de genes o A transferência lateral de genes é a troca de material genético entre organismos, que não ocorre de pais para filhos. Este evento ocorre entre indivíduos da mesma geração e pode ocorrer em seres unicelulares ou multicelulares.

A transferência horizontal ocorre por meio de três mecanismos principais: conjugação, transformação e transdução. No primeiro tipo, a troca de longos fragmentos de DNA é possível, enquanto nos dois últimos a transferência se restringe a pequenos segmentos do material genético.

O conceito oposto é transferência vertical gene, onde a informação genética é passada de um organismo para sua prole. Esse processo é comum em eucariotos, como plantas e animais. Em contraste, a transferência horizontal é comum em microrganismos.

Em eucariotos, a transferência horizontal não é tão comum. No entanto, há evidências de troca desse fenômeno, inclusive pelo ancestral dos humanos, que obteve certos genes por meio de vírus.

O que é transferência horizontal de genes?

Durante a reprodução, os organismos eucarióticos passam seus genes de uma geração para seus descendentes (filhos) em um processo conhecido como transferência vertical de genes. Os procariontes também realizam essa etapa, mas por meio da reprodução assexuada por fissão ou outros mecanismos.

No entanto, em procariontes, existe outra forma de troca de material genético chamada transferência horizontal de genes. Aqui, os fragmentos de DNA são trocados entre organismos da mesma geração e podem passar de uma espécie para outra.

A transferência horizontal é relativamente comum entre as bactérias. Veja o exemplo dos genes que causam resistência aos antibióticos. Esses fragmentos de DNA importantes são transferidos normalmente entre bactérias de espécies diferentes.

Esses mecanismos envolvem complicações médicas significativas no tratamento de infecções.

Mecanismos

Existem três mecanismos fundamentais pelos quais o DNA pode ser trocado por transferência horizontal. Estes são conjugação, transformação e transdução.

Conjugação

A transferência de genes por meio de conjugação é o único tipo que envolve o contato direto entre as duas bactérias.

No entanto, não deve ser comparado à troca gênica por meio da reprodução sexuada (onde geralmente há um contato entre os organismos envolvidos), já que o processo é muito diferente. Entre as principais diferenças está a ausência de meiose.

Durante a conjugação, a passagem do material genético de uma bactéria para outra é feita por meio do contato físico estabelecido por uma estrutura chamada pili. Isso funciona como uma ponte de conexão, onde ocorre a troca.

Embora as bactérias não se diferenciem em sexos, o organismo que carrega um pequeno DNA circular conhecido como fator F (fertilidade f) é conhecido como "masculino". Essas células são as doadoras durante a conjugação, passando o material para outra célula que carece do fator.

O DNA do fator F consiste em cerca de 40 genes, que controlam a replicação do fator sexual e a síntese do pili sexual.

A primeira evidência do processo de conjugação vem dos experimentos de Lederberg e Tatum, mas foi Bernard Davis quem finalmente demonstrou que o contato era necessário para a transferência.

Transformação

A transformação envolve a obtenção de uma molécula de DNA nua encontrada no ambiente próximo a uma bactéria hospedeira. Este pedaço de DNA vem de outra bactéria.

O processo pode ser realizado naturalmente, uma vez que as populações de bactérias normalmente passam por transformações. Da mesma forma, a transformação pode ser simulada em laboratório para forçar as bactérias a absorver o DNA de interesse que se encontra fora.

Teoricamente, qualquer pedaço de DNA pode ser obtido. No entanto, observou-se que o processo envolve moléculas pequenas.

Transdução

Finalmente, o mecanismo de transdução ocorre por meio de um fago (vírus) que carrega DNA de uma bactéria doadora para um receptor. Como no caso anterior, a quantidade de DNA transferida é relativamente pequena, pois a capacidade do vírus de transportar DNA é limitada.

Normalmente, esse mecanismo se restringe a bactérias próximas filogeneticamente, uma vez que o vírus que carrega o DNA precisa se ligar a receptores específicos na bactéria para injetar o material.

Exemplos

Endonucleases são enzimas que têm a capacidade de quebrar ligações fosfodiéster dentro de uma cadeia polinucleotídica, por dentro - é por isso que são conhecidas como "endo". Essas enzimas não cortam em lugar nenhum, têm locais específicos para isso, chamados de locais de restrição.

As sequências de aminoácidos para enzimas EcoRI (em E. coli) e RSRI (em Rhodobacter sphaeroides) possuem uma sequência de quase 300 resíduos de aminoácidos, que são 50% idênticos entre si, indicando claramente um parentesco evolutivo próximo.

No entanto, graças ao estudo de outras características moleculares e bioquímicas, essas duas bactérias são muito diferentes e muito pouco relacionadas do ponto de vista filogenético.

Além disso, o gene que codifica a enzima EcoRI usa códons muito específicos, diferentes dos que normalmente usa. E. coli, portanto, suspeita-se que o gene não tenha se originado nessa bactéria.

Transferência horizontal de genes em evolução

Em 1859, o naturalista britânico Charles Darwin revolucionou as ciências biológicas com sua teoria da evolução por meio da seleção natural. Em seu livro icônico, A origem das espécies, Darwin propõe a metáfora da árvore da vida para ilustrar as relações genealógicas que existem entre as espécies.

Hoje, as filogenias são uma representação formal desta metáfora, onde se assume que a transmissão da informação genética ocorre verticalmente - de pais para filhos.

Podemos aplicar essa visão sem maiores inconvenientes aos organismos multicelulares e obteremos um padrão ramificado, como propõe Darwin.

No entanto, esta representação de ramos sem fusões é difícil de ser aplicada a microrganismos. Ao comparar os genomas de diferentes procariotos, fica claro que existe uma extensa transferência de genes entre as linhagens.

Assim, o padrão de relacionamento é mais parecido com uma rede, com ramos conectados e fundidos, graças à prevalência da transferência horizontal de genes.

Referências

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