Transferencia horizontal de genes: mecanismos y ejemplos
La transferencia horizontal de genes o transferencia lateral de genes es el intercambio de material genético entre organismos, que no ocurre de padres a hijos. Este evento tiene lugar entre individuos de una misma generación y puede ocurrir en seres unicelulares o pluricelulares.
La transferencia horizontal ocurre mediante tres mecanismos principales: la conjugación, la transformación y la transducción. En el primer tipo, es posible el intercambio de largos fragmentos de ADN, mientras que en los dos últimos la transferencia se ve restringida a pequeños segmentos del material genético.
El concepto opuesto es la transferencia vertical de genes, donde la información genética pasa de un organismo a su descendencia. Este proceso está ampliamente difundido en los eucariotas, como las plantas y los animales. En contraste, la transferencia horizontal es común en los microorganismos.
En los eucariotas, la transferencia horizontal no es tan común. Sin embargo, existe evidencia de intercambio de este fenómeno, incluyendo el ancestro de los humanos, que obtuvieron ciertos genes por medio de virus.
Índice del artículo
- 1 ¿Qué es la transferencia horizontal de genes?
- 2 Mecanismos
- 3 Ejemplos
- 4 La transferencia horizontal de genes en la evolución
- 5 Referencias
Durante la reproducción, los organismos eucariotas pasan sus genes desde una generación a su descendencia (hijos) en un proceso conocido como transferencia vertical de genes. Los procariotas también realizan este paso, pero mediante la reproducción asexual por el fenómeno de fisión u otros mecanismos.
Sin embargo, en los procariotas existe otra manera de intercambio de material genético denominada transferencia horizontal de genes. Acá, los fragmentos de ADN son intercambiados entre organismo de la misma generación y puede pasar de una especie a otra.
La trasferencia horizontal es relativamente común entre las bacterias. Tomemos el ejemplo de los genes que causan resistencia a los antibióticos. Estos importantes fragmentos de ADN son transferidos con normalidad entre bacterias de especies distintas.
Dicho mecanismos supone complicaciones médicas significativas a la hora de tratar infecciones.
Existen tres mecanismos fundamentales por los cuales se pueden intercambiar ADN mediante transferencia horizontal. Estos son la conjugación, la transformación y la transducción.
La transferencia de genes por medio de conjugación es el único tipo que involucra contacto directo entre las dos bacterias.
Sin embargo, no debe compararse con intercambio de genes mediante la reproducción sexual (donde usualmente hay un contacto entre los organismos involucrados), ya que el proceso es muy diferente. Dentro de las diferencias principales está la ausencia de meiosis.
Durante la conjugación, el paso del material genético de una bacteria a otra se realiza por medio de un contacto físico establecido por una estructura denominada pili. Este funciona como un puente de conexión, por donde ocurre el intercambio.
Aunque las bacterias no se diferencian en sexos, se conoce como “masculina” al organismo que porta un pequeño ADN circular conocido como factor F (f de fertilidad). Estas células son los donadores durante la conjugación, y pasan el material a otra célula que carece del factor.
El ADN del factor F consta de unos 40 genes, que controlan la replicación del factor sexual y la síntesis del pili sexual.
Las primeras evidencia del proceso de conjugación vienen de los experimentos de Lederberg y Tatum, pero fue Bernard Davis quien finalmente demostró que el contacto era necesario para la transferencia.
La transformación involucra la toma de una molécula de ADN desnuda que se encuentra en el ambiente cercano a una bacteria receptora. Este fragmento de ADN proviene de otra bacteria.
El proceso puede llevarse a cabo de manera natural, ya que las poblaciones de bacterias normalmente sufren transformación. Del mismo modo, la transformación puede ser simulada en el laboratorio para forzar a las bacterias a tomar un ADN de interés que se encuentra en el exterior.
Teóricamente, cualquier fragmento de ADN puede ser tomado. No obstante, se ha observado que el proceso involucra moléculas pequeñas.
Finalmente, el mecanismo de transducción ocurre por medio de un fago (virus) que lleva ADN desde una bacteria donadora a una receptora. Al igual que el caso anterior, la cantidad de ADN transferido es relativamente pequeña, ya que la capacidad del virus de portar ADN es limitada.
Usualmente, este mecanismo está restringido a bacterias cercanas filogenéticamente, ya que el virus que porta el ADN debe unirse a receptores específicos de la bacteria para poder inyectar el material.
Las endonucleasas son enzimas que poseen la capacidad de romper los enlaces fosfodiéster dentro de una cadena de polinucleótidos, desde el interior – por eso se conocen como “endo”. Estas enzimas no cortan en cualquier lugar, tienen sitios específicos para hacerlo, denominados sitios de restricción.
Las secuencia aminoacídica para las enzimas EcoRI (en E. coli) y RSRI (en Rhodobacter sphaeroides) poseen una secuencia de casi 300 residuos de aminoácidos, que son 50% idénticos entre sí, lo que claramente indica un parentesco evolutivo cercano.
Sin embargo, gracias al estudio de otras características moleculares y bioquímicas, estas dos bacterias son muy diferentes y están muy poco relacionadas desde el punto de vista filogenético.
Además, el gen que codifica para la enzima EcoRI usa codones muy específicos que son diferentes a los que normalmente utiliza E. coli, por lo que se sospecha que el gen no se originó en esta bacteria.
En el año 1859, el naturalista británico Charles Darwin revolucionó las ciencias biológicas con su teoría de evolución por medio de la selección natural. En su libro icónico, El origen de las especies, Darwin propone la metáfora del árbol de la vida para ilustrar las relaciones genealógicas existentes entre las especies.
Hoy en día, las filogenias son una representación formal de dicha metáfora, donde se asume que la transmisión de la información genética ocurre de manera vertical – de padres a hijos.
Esta visión la podemos aplicar sin mayor inconveniente a los organismos pluricelulares y obtendremos un patrón ramificado, tal y como Darwin plantea.
Sin embargo, esta representación de ramas sin fusiones es difícil de aplicar a los microorganismos. Al comparar los genomas de distintos procariotas, queda claro que existe una extensa transferencia de genes entre linajes.
Así, el patrón de relaciones se asemeja más a una red, con ramas conectadas y fusionadas entre sí, gracias a la prevalencia de la transferencia horizontal de genes.
- Gogarten, J. P., & Townsend, J. P. (2005). Horizontal gene transfer, genome innovation and evolution. Nature Reviews Microbiology, 3(9), 679.
- Keeling, P. J., & Palmer, J. D. (2008). Horizontal gene transfer in eukaryotic evolution. Nature Reviews Genetics, 9(8), 605.
- Pierce, B. A. (2009). Genética: Un enfoque conceptual. Ed. Médica Panamericana.
- Russell, P., Hertz, P., & McMillan, B. (2013). Biology: The Dynamic Science. Nelson Education.
- Sumbali, G., & Mehrotra, R. S. (2009). Principles of microbiology. McGraw-Hill.
- Syvanen, M., & Kado, C. I. (2001). Horizontal gene transfer. Academic Press.
- Tortora, G. J., Funke, B. R., & Case, C. L. (2007). Introducción a la microbiología. Ed. Médica Panamericana.