Was ist horizontaler Gentransfer?
Nahezu alle Organismen können genetisches Material über vertikalen Gentransfer verbreiten, bei dem genetische Informationen von den Eltern an die Nachkommen weitergegeben werden. Im Gegensatz dazu ist der Prozess des horizontalen Gentransfers - oder des lateralen Gentransfers - nicht allen Arten gemeinsam. Bei dieser Art von Gentransfer wird genetisches Material zwischen Organismen übertragen, die keine Eltern und Nachkommen sind. Stattdessen sind die beiden Organismen normalerweise nicht verwandt und oftmals von unterschiedlicher Art.
Die meisten eukaryotischen Organismen erwerben genetisches Material hauptsächlich durch vertikalen Gentransfer, bei dem eine DNA-Rekombination stattfindet. Im Gegensatz dazu wird angenommen, dass der horizontale Gentransfer der häufigste Weg ist, auf dem einzellige Organismen, insbesondere Bakterien, neues genetisches Material erwerben. Dies ist wichtig, da sich Bakterien ohne sexuelle Rekombination vermehren. Durch den horizontalen Transfer können Bakterienarten ihre Vielfalt bewahren.
Der horizontale Gentransfer in Bakterien ist ein weit verbreitetes Phänomen. Es gibt drei Möglichkeiten, wie Bakterien genetisches Material horizontal austauschen können. Alle drei kommen auf natürliche Weise vor und können auch im Labor durchgeführt werden, um Bakterien mit neuen Eigenschaften, wie der Fähigkeit, nicht native Proteine zu synthetisieren, gentechnisch zu manipulieren.
Transformation ist ein Prozess, bei dem Bakterien nackte DNA- oder RNA-Moleküle aufnehmen und in der Zelle exprimieren. Bei der Transduktion wird genetisches Material von Bakteriophagen übertragen, bei denen es sich um Viren handelt, die Bakterien infizieren. Schließlich gibt es eine bakterielle Konjugation, bei der genetisches Material, häufig Plasmide, über den interzellulären Kontakt übertragen wird. Die Konjugation wird durch Transposons und Plasmide vermittelt, zwei Arten von genetischem Material, die sich vom Bakteriengenom unterscheiden und von diesem unabhängig sind.
Es gibt Hinweise darauf, dass Viren genetische Informationen auch über den horizontalen Gentransfer übertragen können. Einer der stärksten Indikatoren sind die Viren Mimivirus , Mamavirus und Sputnik . Sowohl Mimivirus als auch Mamavirus sind bekannte Wirte von Sputnik , und eine kleine Anzahl von Genen ist allen drei Arten gemeinsam. Es wird vermutet, dass Sputnik irgendwann in der Evolutionsgeschichte dieser drei Organismen Gene zwischen seinen beiden Wirtsviren transferierte.
Bestimmte Eukaryoten, einschließlich Arten von Pilzen, Insekten und Pflanzen, beteiligen sich ebenfalls am horizontalen Gentransfer. Eines der bekanntesten Beispiele ist der horizontale genetische Transfer zwischen Bakterien und Saccharomyces cerevisiae , einer Hefeart. Ein weiteres Beispiel für den genetischen Transfer zwischen Eukaryoten ist der Azuki-Bohnen-Käfer und ein Bakterium namens Wolbachia . In der Pflanzenwelt haben Parasiten einer Pflanzenfamilie namens Rafflesiaceae genetische Informationen an ihre Wirte übertragen, und eine Algenart hat genetisches Material auf eine Art von Meeresschnecke übertragen, die die Algen jagt.