All Geeniülekanne "Võõras geneetiline materjal" viitab kunstlikule või looduslikule võõraste geneetilise materjali ülekandmisele viljastatud munarakku. Täpsemalt, üksikud geenid kantakse doonororganismist üle retsipientorganismile. Eristatakse horisontaalset ja vertikaalset geeniülekannet. Geeniülekanne võib toimuda muundamise, konjugatsiooni või transfektsiooni teel. Tehnilisteks protsessideks on näiteks mikrosüstimine või bioloogiline meetod, mida nimetatakse ka geenipüstoliks.
Mis on geeniülekanne?
Geeni horisontaalne ülekandmine on protsess, mille käigus geneetiline materjal võetakse sisse või antakse edasi ilma seksuaalse paljunemise radadeta ja olenemata liigi piiridest. Selle protsessi käigus sisestatakse genoomi spetsiifilise omadusega geen ja aktiveeritakse seal. Täpsemalt tähendab see seda, et geneetilist materjali ei kanta mööda sugupuu, samas kui vertikaalne geeniülekanne toimub esivanemate kaudu järglastele.
Evolutsiooniteoorias annab horisontaalne geeniülekanne seletuse näiteks selliste mikroorganismide tekkimisele, mida iseloomustavad suured arenguhüpped. Sellest omakorda tuleb eristada vertikaalset edasikandumist erivormina, mille käigus patogeenid kanduvad ühe nakatunud põlvkonna geneetilise moodustamise kaudu teisele edasi.
Horisontaalne ülekandumine on tõestatud mikroorganismides ja selgrootutes. Näiteks levivad bakterite seas antibiootikumide suhtes resistentsed geenid. Seevastu Wolbachia bakterite puhul smugeldatakse puuviljakärbse rakkudesse terve genoom, isegi kui hiljem vaid mõned geenid täidavad teatud funktsioone.
Tansgeense DNA kiire lagunemise tõttu väljaspool raku on üsna ebatõenäoline, et mikrobioloogilises loomastikus toimub horisontaalne geeniülekanne. Enamasti toimub see laboris. Ainuüksi erinevate vastupanuvõimude ja patogeenide teke võiks omakorda anda teavet looduslikult esineva geeniülekande kohta.
Sellist geeniülekannet on tõestatud näiteks mullabakteris "Agrobacterium tumefaciens", millel on võime kanda DNA-d taimerakkudesse - seda protsessi kirjeldasid esmakordselt Belgia molekulaarbioloogid Marc Van Montagu ja Jozef Schell 1983. aastal ja gramnegatiivset varbakteriat "Bartonella henselae", mis on võimeline kandma DNA oma transpordisüsteemi kaudu eukarüootsetesse rakkudesse.
Geeni vertikaalne ülekandmine on omakorda rist, mis toimub kahel isendil või taimel seksuaalsel alusel, mille kaudu geenid antakse edasi järgmistele põlvkondadele. Seejärel räägime ülekandest piki vertikaalset laskumisjoont.
Näiteks kui ristatakse transgeenseid ja mitte-transgeenseid taimi, võtavad ka mitte-transgeensed taimed geenide konstruktsioone. Seda saab edasi anda ka kromosoomidele, millel on geneetilised defektid.
Mikroorganismide korral nimetatakse DNA edasikandumist järglastele vertikaalseks ülekandeks. See mõiste kirjeldab ka patogeenide ülekandumist raseduse ajal, sünniprotsessi ja pärast sündi emalt lapsele. Siin võivad esineda nakkushaigused, näiteks punetised või HIV.
Funktsioon ja ülesanne
Geenitehnoloogias kasutatakse geneetiliselt muundatud organismide loomiseks horisontaalset geeniülekannet. Protseduur sisaldab arvukalt meetodeid, mis sõltuvad kõnealusest muutusest, nt kas see on prokarüoot või eukarüoot. Esimene kirjeldab elusolendeid, millel pole tuuma. Need on näiteks bakterid, täpsemalt eubakterid ja arhebakterid. Neid iseloomustab suur bioloogiline kohanemisvõime ja lihtne morfoloogia, neil puuduvad mitokondrid, tsütoplasmas vaba genoom, neil on keeruline rakuväline maatriks ja täiendav DNA.
Vastavalt on eukarüootid organismid, millel on tuum ja mis arenevad tuuma sisaldavatest lähterakkudest. Need võivad omakorda olla eosed või tsügootid. Zygote on diploidne rakk, mis on tekkinud muna- ja spermarakkudest. Eosed on ühe- või mitmerakulised mikroorganismid, millel on kõrge vastupidavus keskkonnamõjudele.
Prokarüootides toimub transformatsioon, transduktsioon ja konjugatsioon, eukarüootides - transfektsioon. Transduktsiooni ajal kannab bakteriofaagidega nakatumine DNA fragmente kahe bakteri vahel. Konjugeerimise ajal kantakse DNA ühest bakterist teise. Samuti doonorilt retsipiendile üle liikide piiride. Doonorina tegutsevatel bakteritel on F-tegur, mis teeb konjugeerimise võimalikuks. Bakterite vaheline ühendus luuakse plasmasilla abil ja doonor kannab plasmiidi retsipiendile. Transformatsioon on omakorda vaba DNA omastamine bakterite poolt.
Haigused ja tervisehäired
Teadlased on nüüd suutnud tõestada, et inimese geneetiline ülesehitus ei kandunud vertikaalse geeniülekande kaudu ainult põlvest põlve, vaid ka inimesed võtsid evolutsiooni käigus nad bakteritelt üle. Horisontaalse geeniülekande kaudu sisenes inimese genoomi üle saja mikroorganismide geeni.
Uurimistulemused tekitasid esmakordselt ajendi 2001. aastal, kuid seda peeti endiselt vastuoluliseks. Kuna aastatega sai kättesaadavaks ulatuslikum genoomi andmebaas, võrdlesid Briti teadlased puuviljakärbeste, primaatide, mitmesuguste ümarusside ja inimeste geene mikroorganismide geneetilise ülesehitusega. Inimeste tulemus oli 145 geeni, mis pärinevad algselt mikroobide maailmast ja täidavad ka olulisi ülesandeid, näiteks osalevad lipiidide metabolismis või erinevates immuunreaktsioonides.
Selline horisontaalne geeniülekanne toimub tõenäoliselt ajal, mil erinevad liigid polnud veel jagunenud. Seevastu geeniülekanne sellisel kujul on ümarusside ja puuviljakärbeste seas olnud tänapäevani. Kuidas selliseid baktereid inimese genoomi sisse viidi, pole veel selgitatud. Üks võimalik seletus on viirused, mis oleksid võinud olla transpordivahend.
Üldiselt võib geeniülekanne positiivselt mõjutada organismide tervist, muutes nad immuunseks välisele tundlikkusele, kuid võib toimuda ka vastupidist olukorda, kus patogeenid, nagu HI-viiruse puhul, kanduvad üle teisele organismile.
