Transferencia genética horizontal para niños

La transferencia genética horizontal (TGH) es cuando el material genético se mueve entre diferentes organismos, como bacterias o plantas, de una manera que no es de padres a hijos. Es como si un organismo "compartiera" parte de su ADN con otro que no es su descendiente directo. A veces se le llama también transferencia genética lateral (TGL). Este proceso es muy importante para la evolución de muchos seres vivos.

La TGH es una de las principales razones por las que las bacterias pueden volverse resistentes a los antibióticos. También ayuda a las bacterias a aprender a descomponer sustancias nuevas, como algunos productos químicos creados por los humanos. Además, juega un papel en cómo los organismos desarrollan y transmiten la capacidad de causar enfermedades.

Este tipo de transferencia de genes a menudo ocurre con la ayuda de virus, pequeñas piezas de ADN llamadas plásmidos y segmentos de ADN que pueden moverse llamados transposones. Los virus pueden incluso recibir genes especiales de otros virus más pequeños. Los plásmidos y transposones también pueden obtener genes de otras estructuras móviles llamadas integrones. Esto demuestra que hay un gran movimiento de genes entre estas pequeñas partículas.

Aunque la mayoría de los estudios genéticos se han centrado en la herencia de padres a hijos, cada vez se reconoce más que la transferencia genética horizontal es un fenómeno muy importante, especialmente entre organismos de una sola célula.

La transferencia genética horizontal artificial es una forma de ingeniería genética, donde los científicos mueven genes de forma controlada.

Historia de la transferencia genética

Primeros descubrimientos

La transferencia genética horizontal se describió por primera vez en 1951. Un estudio mostró que cuando un gen de un virus se transfería a la bacteria Corynebacterium diphtheriae, esta bacteria se volvía capaz de causar una enfermedad. Esto ayudó a entender por qué algunas personas podían tener la bacteria de la difteria sin enfermarse, y luego de repente desarrollar síntomas.

En 1959, se descubrió en Japón que las bacterias podían transferir la resistencia a los antibióticos entre diferentes especies. A mediados de los años 80, un científico llamado Syvanen sugirió que la transferencia genética lateral era importante para la evolución y el origen de la vida en la Tierra.

Evidencia en diferentes organismos

Los estudios de genes y genomas han demostrado que la transferencia genética horizontal ha ocurrido mucho en los procariotas (organismos sin núcleo definido, como las bacterias). También parece ser importante para los eucariotas unicelulares (organismos con núcleo definido, como las amebas).

Se ha visto que los injertos de plantas pueden transferir cloroplastos (estructuras que hacen la fotosíntesis), ADN mitocondrial y hasta el núcleo completo de una célula, lo que podría llevar a la formación de nuevas especies. Algunos insectos, como las mariposas monarca, han recibido genes de virus de avispas a través de TGH. Incluso se ha sugerido que la transferencia lateral de genes en humanos podría ser útil para tratar ciertas condiciones de salud.

Muchos científicos consideran que la transferencia genética horizontal es un "nuevo paradigma" (una nueva forma de entender las cosas) en la biología, debido a la creciente evidencia de su importancia en la evolución. Algunos también piensan que podría ser un riesgo en la ingeniería genética, ya que podría permitir que el ADN modificado se propague entre especies.

¿Cómo ocurre la transferencia genética horizontal?

Existen varios mecanismos para que la transferencia genética horizontal tenga lugar:

• Transformación: Una célula toma ADN del ambiente que ha sido liberado por otras células. Esto es común en bacterias y se usa mucho en laboratorios para introducir nuevos genes.
• Transducción: Un virus (especialmente un bacteriófago, que infecta bacterias) transporta ADN de una bacteria a otra.
• Conjugación bacteriana: Una bacteria donadora transfiere ADN (a menudo en un plásmido) a una bacteria receptora a través de un contacto directo entre ellas.
• Agentes de transferencia genética: Son elementos especiales, a menudo codificados por el propio organismo, que facilitan el movimiento de genes.

Un transposón (también llamado "gen saltarín") es un trozo de ADN que puede moverse de un lugar a otro en el genoma. A veces, puede recoger un gen de resistencia a antibióticos e insertarlo en un plásmido o en un cromosoma, ayudando así a la transferencia de esa resistencia.

Inferencia de la transferencia genética

Los científicos suelen identificar la transferencia genética horizontal usando bioinformática. Buscan patrones inusuales en las secuencias de ADN o grandes diferencias entre la historia evolutiva de ciertos genes y la del organismo que los contiene.

Transferencia genética en virus

El mimivirus es un virus que infecta a las amebas. Otro virus, llamado Sputnik, también infecta amebas, pero solo puede reproducirse si el mimivirus ya está en la misma célula. El Sputnik tiene genes que se parecen a los del mimivirus, lo que sugiere que los virus satélite pueden transferir genes entre virus, de forma similar a cómo los bacteriófagos mueven genes entre bacterias.

Transferencia genética en procariotas

La transferencia genética horizontal es muy común entre las bacterias, incluso entre aquellas que no están muy relacionadas. Se cree que este proceso es una causa importante del aumento de la resistencia a los medicamentos. Cuando una bacteria se vuelve resistente, los genes de resistencia pueden transferirse a otras especies.

Por ejemplo, la bacteria Staphylococcus aureus se ha vuelto resistente a muchos medicamentos debido a la transferencia genética horizontal y a la selección natural. Otro ejemplo es cómo la bacteria E. coli adquirió toxinas de la bacteria Shigella a través de este proceso.

Transferencia genética en eucariotas

Las comparaciones de secuencias de ADN sugieren que ha habido una transferencia horizontal reciente de muchos genes entre diferentes especies de eucariotas. Esto significa que determinar el "árbol genealógico" de una especie no siempre es sencillo si solo se mira un gen.

• Los virus pueden transferir genes entre diferentes organismos eucariotas durante las infecciones.
• El análisis de ADN sugiere que la TGH ocurrió desde los cloroplastos y las mitocondrias hacia el genoma nuclear de los eucariotas. Esto apoya la teoría endosimbiótica, que dice que los cloroplastos y las mitocondrias se originaron a partir de bacterias que fueron "adoptadas" por una célula eucariota ancestral.
• La transferencia horizontal también ocurre de bacterias a algunos hongos, como la levadura Saccharomyces cerevisiae.
• El escarabajo del frijol adzuki ha adquirido material genético de una bacteria que vive dentro de él, llamada Wolbachia.
• La planta Striga hermonthica recibió un gen del sorgo (Sorghum bicolor) en su genoma nuclear.
• El parásito de la malaria, Plasmodium vivax, adquirió material genético de los humanos, lo que podría ayudarle a permanecer más tiempo en el cuerpo.
• Un gen llamado HhMAN1 en el genoma del gorgojo del café se parece a genes bacterianos, y se cree que fue transferido de una bacteria en el intestino del insecto.
• Un gen que ayudó a los helechos a sobrevivir en bosques con poca luz provino de otras plantas llamadas antoceros hace unos 180 millones de años.
• Las plantas pueden recibir información genética de virus por transferencia genética horizontal.
• Los rotíferos de la familia Bdelloidea tienen un porcentaje muy alto de genes (alrededor del 8%) que provienen de bacterias, lo que es un récord en animales.

Transferencia horizontal de transposones (THT)

La transferencia horizontal de transposones (THT) es el movimiento de segmentos de ADN que pueden saltar de un lugar a otro en el genoma, pero no por herencia de padres a hijos. Aunque se pensaba que la THT era crucial para los procariotas, cada vez hay más pruebas de que es un fenómeno común en la evolución de los eucariotas. Para un transposón, la transferencia horizontal puede ser una forma de evitar ser eliminado por los mecanismos de defensa del organismo.

La THT puede ocurrir con cualquier tipo de transposones, pero los transposones de ADN y los retrotransposones LTR son más propensos a la THT porque tienen una forma intermedia de ADN de doble cadena, que es más estable que la forma de ARN de otros retrotransposones.

Se ha demostrado que la THT ocurre entre especies y en diferentes continentes, tanto en plantas como en animales. No se sabe cómo la densidad de una población afecta la velocidad de los eventos de THT, pero la cercanía debido al parasitismo o la mezcla de organismos se ha propuesto como factores que favorecen la THT. Para que la THT sea exitosa, el ADN debe llegar a la célula receptora (y a las células reproductivas en organismos multicelulares) y luego integrarse en el genoma del nuevo organismo. Aunque no se conoce el mecanismo exacto, se sabe que el ADN y el ARN pueden circular en los fluidos corporales. Se han propuesto muchos "vehículos" para esta transferencia, como artrópodos, virus, caracoles de agua dulce y bacterias que viven dentro de las células.

Transferencia genética horizontal artificial

Antes de ser transformada, una bacteria es susceptible a antibióticos. Un plásmido puede ser insertado cuando la bacteria está bajo estrés y ser incorporado al ADN bacteriano, creando resistencia a antibióticos. Cuando los plásmidos están preparados son insertados en la célula bacteriana, ya sea haciendo poros en la membrana plasmática con temperaturas extremas y tratamientos químicos o haciéndola semi permeable a través del proceso de electroforesis, en el cual corrientes eléctricas crean los hoyos en la membrana. Después de que las condiciones regresan a la normalidad los hoyos en la membrana se cierran y los plásmidos quedan atrapados dentro de la bacteria donde se vuelven parte del material genético y sus genes se expresan en la bacteria.

La ingeniería genética es, en esencia, una forma de transferencia genética horizontal, pero usando "paquetes" de genes creados por el hombre. Por ejemplo, el sistema de transposones "Bella Durmiente" se desarrolló para introducir secuencias genéticas en una gran variedad de genomas animales. Esto se usa en campos como la terapia génica.

Importancia en la evolución

La transferencia horizontal de genes puede complicar la creación de "árboles genealógicos" de la vida (llamados árboles filogenéticos) basados en la secuencia de un solo gen. Por ejemplo, si dos bacterias muy diferentes han intercambiado un gen, un árbol basado solo en ese gen podría hacer que parezcan muy relacionadas, aunque la mayoría de sus otros genes sean distintos. Por eso, es mejor usar mucha información genética para construir estos árboles.

El gen más común para estudiar las relaciones en procariotas es el gen del ARN ribosomal 16S. Sin embargo, se ha sugerido que incluso este gen puede transferirse horizontalmente, lo que significa que los árboles basados en él deben ser revisados.

El biólogo Johann Peter Gogarten sugiere que la idea de un "árbol" ya no es suficiente para describir la evolución, y que los biólogos deberían usar la metáfora de un "mosaico" para describir las diferentes historias combinadas en los genomas individuales, y una "red" para visualizar el intercambio y la cooperación entre los microbios.

Genes específicos transferidos horizontalmente

Hay evidencia de transferencia horizontal histórica de los siguientes genes:

• El gen de una enzima para producir carotenoides, transferido entre bacterias Chlorobi y Cyanobacteria.
• El gen TetO, que da resistencia a la tetraciclina, transferido entre Campylobacter jejuni.
• El gen Neochrome, en algunos helechos, que mejora su capacidad de sobrevivir con poca luz. Se cree que lo adquirieron de algas hace unos 180 millones de años.

Galería de imágenes

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

Véase también

En inglés: Horizontal gene transfer Facts for Kids