Genoverdracht

Onder de Genoverdracht verwijst naar de kunstmatige of natuurlijke overdracht van vreemd genetisch materiaal naar een bevruchte eicel. Preciezer gezegd: individuele genen worden overgedragen van een donororganisme naar een ontvangend organisme. Er wordt onderscheid gemaakt tussen horizontale en verticale genoverdracht. Genoverdracht kan plaatsvinden door transformatie, conjugatie of transfectie. Technische processen zijn bijvoorbeeld micro-injectie of de biolistische methode, ook wel het “genenpistool” genoemd.

Wat is een genoverdracht?

Horizontale genoverdracht is een proces waarbij genetisch materiaal wordt opgenomen of doorgegeven zonder seksuele voortplantingsroutes en ongeacht soortgrenzen. Bij dit proces wordt een gen met een specifieke eigenschap in een genoom geïntroduceerd en daar geactiveerd. Meer precies betekent dit dat genetisch materiaal niet langs een lijn wordt overgedragen, terwijl verticale genoverdracht plaatsvindt via voorouders naar nakomelingen.

In de evolutietheorie geeft horizontale genoverdracht een verklaring voor het ontstaan ​​van bijvoorbeeld micro-organismen die worden gekenmerkt door grote sprongen in ontwikkeling. Hieruit moet op zijn beurt verticale transmissie worden gedifferentieerd als een speciale vorm, waarbij ziekteverwekkers worden doorgegeven aan een andere via de genetische samenstelling van een geïnfecteerde generatie.

Horizontale overdracht is bewezen bij micro-organismen en ongewervelde dieren. Zo verspreiden genen die resistent zijn tegen antibiotica zich onder bacteriën. In het geval van de Wolbachia-bacterie daarentegen wordt een heel genoom de cellen van een fruitvlieg binnengesmokkeld, ook al nemen later maar een deel van de genen bepaalde functies over.

Vanwege de snelle afbraak van tansgeen DNA buiten een cel, is het vrij onwaarschijnlijk dat horizontale genoverdracht zal plaatsvinden in de microbiologische fauna. Meestal vindt het plaats in het laboratorium. Alleen al de opkomst van verschillende resistenties en pathogenen kan informatie opleveren over een natuurlijk voorkomende genoverdracht.

Zo'n genoverdracht is bijvoorbeeld bewezen in de bodembacterie "Agrobacterium tumefaciens", die het vermogen heeft om DNA over te brengen naar plantencellen, een proces dat voor het eerst werd beschreven door de Belgische moleculair biologen Marc Van Montagu en Jozef Schell in 1983, en bij de gramnegatieve staafbacterie "Bartonella henselae", die via zijn eigen transportsysteem DNA kan overbrengen naar eukaryote cellen.

Verticale genoverdracht is op zijn beurt een kruising die op seksuele basis bij twee individuen of planten voorkomt, waarbij de genen worden doorgegeven aan de volgende generaties. We hebben het dan over een transmissie langs de verticale daallijn.

Als bijvoorbeeld transgene en niet-transgene planten worden gekruist, nemen de niet-transgene planten ook de constructen van de genen op. Het kan ook worden doorgegeven aan chromosomen met genetische defecten.

In het geval van micro-organismen wordt het doorgeven van DNA aan nakomelingen verticale transmissie genoemd. Deze term beschrijft ook de overdracht van ziekteverwekkers tijdens de zwangerschap, het geboorteproces en na de geboorte van de moeder op het kind. Hier kunnen infectieziekten voorkomen, zoals rubella of hiv.

Functie en taak

Bij genetische manipulatie wordt horizontale genoverdracht gebruikt om genetisch gemodificeerde organismen te creëren. De procedure omvat talloze methoden die afhankelijk zijn van de verandering in kwestie, bijvoorbeeld of het een prokaryoot of een eukaryoot is. De eerste beschrijft levende wezens die geen kern hebben. Dit zijn bijvoorbeeld bacteriën, meer bepaald eubacteriën en archaebacteriën. Ze worden gekenmerkt door een hoog biologisch aanpassingsvermogen en eenvoudige morfologie, hebben geen mitochondriën, een genoom vrij in het cytoplasma, hebben een complexe extracellulaire matrix en aanvullend DNA.

Dienovereenkomstig zijn eukaryoten organismen die een kern hebben en zich ontwikkelen uit uitgangscellen die een kern bevatten. Dit kunnen op hun beurt sporen of zygoten zijn. Een zygote is een diploïde cel die is ontstaan ​​uit eicellen en zaadcellen. Sporen zijn enkel- of meercellige micro-organismen met een hoge weerstand tegen omgevingsinvloeden.

Bij prokaryoten vinden transformatie, transductie en conjugatie plaats; bij eukaryoten vindt transfectie plaats. Tijdens de transductie brengt een infectie met bacteriofagen DNA-fragmenten over tussen twee bacteriën. Tijdens conjugatie wordt DNA overgebracht van de ene bacterie naar de andere. Ook van donor tot ontvanger over soortgrenzen heen. Bacteriën die als donor fungeren, hebben de F-factor die conjugatie in de eerste plaats mogelijk maakt. Door middel van een plasmabrug ontstaat er een verbinding tussen de bacteriën en draagt ​​de donor het plasmide over aan de ontvanger. Transformatie is op zijn beurt de opname van vrij DNA door bacteriën.

Ziekten en aandoeningen

Onderzoekers hebben nu kunnen bewijzen dat de genetische samenstelling van de mens niet alleen via verticale genoverdracht van de ene generatie op de andere werd overgedragen, maar dat mensen ze in de loop van de evolutie ook van bacteriën hebben overgenomen. Meer dan honderd genen van micro-organismen kwamen via horizontale genoverdracht het menselijk genoom binnen.

Het resultaat van het onderzoek baarde voor het eerst opzien in 2001, maar werd nog steeds als controversieel beschouwd. Naarmate er in de loop van de jaren een uitgebreidere genoomdatabank beschikbaar kwam, vergeleken Britse wetenschappers genen van soorten fruitvliegjes, primaten, verschillende rondwormen en mensen met de genetische samenstelling van de micro-organismen. Het resultaat bij de mens was 145 genen, die oorspronkelijk afkomstig zijn uit de wereld van microben en ook belangrijke taken vervullen, ze zijn bijvoorbeeld betrokken bij de vetstofwisseling of bij verschillende immuunreacties.

Een dergelijke horizontale genoverdracht vindt waarschijnlijk plaats in een tijd dat de verschillende soorten nog niet waren opgesplitst. Daarentegen bestaat genoverdracht in deze vorm tot op de dag van vandaag in rondwormen en fruitvliegen. Hoe dergelijke bacteriën in het menselijk genoom werden geïntroduceerd, is nog niet opgehelderd. Een mogelijke verklaring zijn virussen die als transportmiddel hadden kunnen dienen.

Over het algemeen kan genoverdracht een positief effect hebben op de gezondheid van organismen door ze immuun te maken voor externe kwetsbaarheden, maar het omgekeerde kan ook gebeuren, waarbij pathogenen, zoals in het geval van het HI-virus, worden doorgegeven aan een ander organisme.