Transferencia genética horizontal para niños

Árbol de la vida actual mostrando transferencias genéticas verticales y horizontales.

La transferencia genética horizontal (TGH) es el movimiento de material genético entre organismos unicelulares y/o pluricelulares, que no es a través de la transmisión vertical (la transmisión del ADN de padres a su descendencia). La TGH es sinónimo de transferencia genética lateral (TGL) y ambos términos son intercambiables. Este movimiento ha demostrado ser un factor importante en la evolución de muchos organismos.

La transferencia genética horizontal es la razón principal de que se propague en las bacterias la resistencia a los antibióticos y juega un papel importante en la evolución de bacterias que pueden degradar compuestos nuevos como los pesticidas creados por los humanos, y en la evolución, el mantenimientos y la transmisión de virulencia. Esta transferencia genética horizontal normalmente involucra el uso de virus, plásmidos y transposones. A su vez, los virus pueden recibir genes especiales de otros agentes más pequeños conocidos como virus satélite. Los plásmidos y transposones pueden recibir genes especiales de los integrones que son casetes de genes con movilidad. Esto demuestra que hay movimiento masivo de genes inclusive entre las partículas vectoras. Los genes que son responsables de la resistencia a antibióticos en una especie de bacteria pueden ser transferidos a otra especie a través de varios mecanismos (e.g. via F-pilus), subsecuentemente armando al recipiente de genes contra antibióticos, lo que se está convirtiendo en un reto médico.

La mayoría de los trabajos en genética se han concentrado en la transferencia vertical, pero hay un incremento en la conciencia que la transferencia genética horizontal es un fenómeno sumamente significativo entre organismos unicelulares, probablemente la forma dominante de transferencia genética.

La transferencia genética horizontal artificial es una forma de ingeniería genética.

Historia

La transferencia genética horizontal fue descrita por primera vez en Seattle en 1951 en una publicación que demostraba que la transferencia de un gen viral a Corynebacterium diphtheriae creó una forma virulenta de una especie no virulenta, resolviendo casi simultáneamente el acertijo de la difteria (que los pacientes podían estar infectados con la bacteria pero sin presentar ningún síntoma, y después cambiaba repentinamente o nunca), y dando el primer ejemplo para la relevancia del ciclo lisogénico. La transferencia genética inter-bacteriana fue descrita por primera vez en Japón en una publicación de 1959 que demostraba la transferencia de resistencia a antibióticos entre diferentes especies de bacteria. En los mediados de los 80, Syvanen predijo que la transferencia genética lateral existía, tenía significancia biológica, y estaba involucrada en la formación de la historia evolutiva y del inicio de la vida en la Tierra.

Como mencionan Jian, Rivera y Lake (1999): "Estudios de genes y genomas están indicando que ha ocurrido considerable transferencia genética horizontal en procariotes" (véase también Lake y Rivera, 2007). El fenómenos parece tener algún significado para eucariotas unicelulares también. Como menciona Bapteste et al. (2005), "más evidencia sugiere que la transferencia genética también pueda ser un mecanismo evolutivo importante en la evolución protista."

Los injertos a una planta de otra pueden transferir cloroplastos (ADN especializado en plantas que puede conducir la fotosíntesis) ADN mitocondrial y el núcleo celular completo conteniendo el genoma para potencialmente hacer una nueva especie Algunos Lepidoptera (e.g. mariposas monarca y gusanos de seda) han sido modificados genéticamente por transferencia genética horizontal del virus de la avispa. Mordidas del insecto Reduviidae pueden, a través de un parásito, infectar humanos con la enfermedad trypanosomal de Chagas, que puede insertar su ADN al genoma humano. Se ha sugerido que la transferencia lateral en humanos puede desempeñar un papel importante para el tratamiento del cáncer.

Algunos argumentan que puede representar un peligro oculto en la ingeniería genética, ya que puede permitir que el ADN transgénico se propague entre especies.

Mecanismo

Hay varios mecanismos para la transferencia genética horizontal:

• Transformación: la alteración genética de una célula resultando de la introducción, toma y expresión de material genético foráneo (ADN or ARN). Este proceso es relativamente común en las bacterias, pero menos en los eucariotas. La transformación se usa seguido en los laboratorios para insertar nuevos genes en bacterias para experimentos o para aplicaciones industriales o médicas. Véase también biología molecular y biotecnología
• Transducción: el proceso en el que el ADN bacteriano se mueve de una bacteria a otra por un virus (bacteriófago).
• Conjugación bacteriana: un proceso que involucra la transferencia de ADN a través de un plásmido de una célula donadora a una célula receptora recombinante durante el contacto de célula-a-célula.
• Agentes de transferencia genética: elementos como virus codificados por el huésped que se encuentran el orden de alfaproteobacterias, Rhodobacterales.

Un transposón (gen saltarín) es un segmento móvil de ADN que a veces puede recoger un gen resistente e insertarlo en un plásmido o cromosoma, por tanto induciendo la transferencia genética horizontal de resistencia a antibióticos.

Véase también

En inglés: Horizontal gene transfer Facts for Kids

• Transducción (genética)
• Retrovirus endógeno
• Línea germinal
• Línea celular HeLa
• Integrón
• Provirus
• Retrotransposón
• Retroposón
• Recombinación genética
• Convergencia evolutiva a nivel molecular

Lecturas adicionales

• Citizendium:Horizontal gene transfer
• Citizendium:Horizontal gene transfer in prokaryotes
• Citizendium:Horizontal gene transfer in plants
• Citizendium:Horizontal gene transfer (History)
• Gyles, C; Boerlin, P (Mar 2014). «Horizontally transferred genetic elements and their role in pathogenesis of bacterial disease». Vet Pathol 51 (2): 328-40. PMID 24318976. doi:10.1177/0300985813511131. 
• Salzberg SL, White O, Peterson J, Eisen JA (junio de 2001). «Microbial genes in the human genome: lateral transfer or gene loss?». Science 292 (5523): 1903-6. Bibcode:2001Sci...292.1903S. PMID 11358996. doi:10.1126/science.1061036. «About 40 genes were found to be exclusively shared by humans and bacteria and are candidate examples of horizontal transfer from bacteria to vertebrates. Gene loss combined with sample size effects and evolutionary rate variation provide an alternative, more biologically plausible explanation». 
• Qi, Z; Cui, Y; Fang, W; Ling, L; Chen, R (enero de 2004). «Autosomal similarity revealed by eukaryotic genomic comparison.». Journal of biological physics 30 (4): 305-12. PMID 23345874. doi:10.1007/s10867-004-0996-0. 
• Woese CR (junio de 2002). «On the evolution of cells». Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 99 (13): 8742-7. Bibcode:2002PNAS...99.8742W. PMC 124369. PMID 12077305. doi:10.1073/pnas.132266999.  This article seeks to shift the emphasis in early phylogenic adaptation from vertical to horizontal gene transfer. He uses the term "Darwinian Threshold" for the time of major transition of evolutionary mechanisms from mostly horizontal to mostly vertical transfer, and the "origin of speciation".
• Snel B, Bork P, Huynen MA (enero de 1999). «Genome phylogeny based on gene content». Nat. Genet. 21 (1): 108-10. PMID 9916801. doi:10.1038/5052.  This article proposes using the presence or absence of a set of genes to infer phylogenies, in order to avoid confounding factors such as horizontal gene transfer.
• Webfocus in Nature with free review articles [1]
• Patil PB, Sonti RV (octubre de 2004). «Variation suggestive of horizontal gene transfer at a lipopolysaccharide (lps) biosynthetic locus in Xanthomonas oryzae pv. oryzae, the bacterial leaf blight pathogen of rice». BMC Microbiol. 4 (1): 40. PMC 524487. PMID 15473911. doi:10.1186/1471-2180-4-40. 
• Jin G, Nakhleh L, Snir S, Tuller T (noviembre de 2006). «Maximum likelihood of phylogenetic networks». Bioinformatics 22 (21): 2604-11. PMID 16928736. doi:10.1093/bioinformatics/btl452.  for a technique to decrease the impact of HGT events on maximum likelihood cladistical analyses.
• Jain R, Rivera MC, Lake JA (marzo de 1999). «Horizontal gene transfer among genomes: The complexity hypothesis». Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 96 (7): 3801-6. Bibcode:1999PNAS...96.3801J. PMC 22375. PMID 10097118. doi:10.1073/pnas.96.7.3801. 
• Szpirer C, Top E, Couturier M, Mergeay M (1 de diciembre de 1999). «Retrotransfer or gene capture: a feature of conjugative plasmids, with ecological and evolutionary significance». Microbiology (Reading, Engl.) 145 (Pt 12): 3321-9. PMID 10627031. doi:10.1099/00221287-145-12-3321. 
• Whitaker JW, McConkey GA, Westhead DR (2009). «The transferome of metabolic genes explored: analysis of the horizontal transfer of enzyme encoding genes in unicellular eukaryotes». Genome Biol. 10 (4): R36. PMC 2688927. PMID 19368726. doi:10.1186/gb-2009-10-4-r36.