miniatura|dereita|Árbore da vida actual que mostra transferencias de xenes verticais e horizontais.|366x366px
A transferencia horizontal de xenes, tamén chamada transferencia lateral de xenes ou transferencia xenética horizontal (abreviada THX ou HGT polas súas siglas en inglés) é unha transferencia de xenes entre organismos dun modo distinto á reprodución tradicional, que pode darse entre individuos da mesma especie ou de especies distintas. O seu nome de transferencia horizontal ou lateral de xenes contraponse a transferencia vertical, que é a transmisión de xenes desde a xeración parental á descendencia por medio da reprodución sexual ou asexual. A transferencia horizontal de xenes foi un importante factor na evolución de moitos organismos, desde bacterias a eucariotas superiores.
A transferencia horizontal de xenes é a razón principal de que se produza a resistencia a antibióticos bacteriana,OECD, Safety Assessment of Transgenic Organisms, Volume 4: OECD Consensus Documents, 2010, pp.171-174 e xoga un importante papel na activación de bacterias que poden degradar novos compostos como os pesticidas fabricados polo ser humano e na evolución, mantemento e transmisión da virulencia nos microorganismos.Keen, E. C. (2012). "Paradigms of pathogenesis: Targeting the mobile genetic elements of disease". Frontiers in Cellular and Infection Microbiology 2. doi:10.3389/fcimb.2012.00161 . Esta transferencia horizontal de xenes con frecuencia implica a bacteriófagos temperados e plásmidos. Os xenes que son responsables da resistencia a antibióticos nunha especie de bacterias poden transferirse a outras especies bacterianas por medio de varios mecanismos (por exemplo, por medio de pilus F), o que dotará de xenes de resistencia a antibióticos ao receptor, o cal é unha ameaza médica coa que hai que tratar. Esta é a principal razón pola que os antibióticos non deben ser consumidos e administrados aos pacientes sen unha axeitada prescrición por parte dun médico.
A maioría dos estudos en xenética enfocáronse á transferencia vertical, pero hai unha consciencia crecente de que a transferencia horizontal de xenes é un fenómeno moi significativo e quizais é, entre os organismos unicelulares, a forma dominante de transferencia xenética.
A transferencia horizontal de xenes artificial é un tipo de técnica en enxeñaría xenética.
Historia A transferencia horizontal de xenes foi descrita por primeira vez en Seattle en 1951 nunha publicación que demostraba que a transferencia dun xene viral á bacteria Corynebacterium diphtheriae orixinaba unha cepa virulenta a partir dunha cepa que non o era, o que tamén serviu para resolver o enigma da difteria (no que os pacientes podían infectarse coa bacteria pero non ter síntomas, pero despois ás veces esta transformábase de repente en virulenta),Phillip Marguilies "Epidemics: Deadly diseases throughout history". Rosen, New York. 2005. e deu o primeiro exemplo da importancia dos ciclos lisoxénicos.André Lwoff (1965). "Interaction among Virus, Cell, and Organism". Nobel Lecture for the Nobel Prize in Physiology or Medicine. A transferencia de xenes foi descrita no Xapón en 1959 nunha publicación que demostraba a transferencia da resistencia a antibióticos entre diferentes especies de bacterias. A metade da década de 1980, Syvanen predixo que a transferencia lateral de xenes tivo unha grande importancia biolóxica, e estivo implicada en dar forma á historia evolutiva das especies desde o principio da aparición da vida sobre a Terra.
En palabras de Jain, Rivera e Lake (1999): "Cada vez máis, os estudos de xenes e xenomas indican que tivo lugar unha considerable transferencia horizontal de xenes entre os procariotas". (ver tamén Lake e Rivera, 2007). O fenómeno parece que foi moi significativo tamén entre os eucariotas unicelulares. Como sinaloron Bapteste et al. (2005), "evidencias adicionais suxiren que a transferencia de xenes podería tamén ser un importante mecanismo evolutivo na evolución dos protistas."
Hai algunhas evidencias de que as plantas superiores e os animais tamén se viron afectadas por esta transferencia. Richardson e Palmer (2007) afirmaron: "A transferencia horizontal de xenes (THX) xogou un papel principal na evolución das bacterias e é moi común en certos eucariotas unicelulares. Porén, a prevalencia e importancia da THX na evolución de eucariotas multicelulares permanece pouco clara."
Debido á crecente cantidade de evidencias que suxiren a importancia deste fenómeno para a evolución (véxase máis abaixo) biólogos moleculares como Peter Gogarten consideraron a transferencia horizontal de xenes como "un novo paradigma para a bioloxía".
O fenómeno pode ser un perigo agochado nas aplicacións da enxeñaría xenética, xa que podería permitir que ADN transxénico perigoso se espallase de especie a especie.
Mecanismo Hai varios mecanismos para a transferencia horizontal de xenes:
A transformación xenética, é a alteración xenética dunha célula que resulta da introdución, captación e expresión de material xenético alleo (ADN ou ARN). Este proceso é relativamente común nas bacterias, pero menos nos eucariotas. A transformación utilízase a miúdo nos laboratorios para inserir novos xenes nunha bacteria para experimentación ou usos industriais ou aplicacións médicas. A transdución xenética é o proceso no cal o ADN é levado dunha bacteria a outra por un virus (un bacteriófago, ou fago). A conxugación bacteriana é o proceso no cal unha célula bacteriana transfire material xenético a outra célula por contacto célula con célula. Os axentes de transferencia de xenes, son elementos similares a virus codificados polo hóspede que se encontran nas alfaproteobacterias da orde Rhodobacterales.Maxmen, A. (2010). "Virus-like particles speed bacterial evolution". Nature. doi:10.1038/news.2010.507.
Virus Os virus chamados mimivirus infectan amebas. Outros virus, chamados Sputnik (un virus satélite), tamén infectan amebas, pero non se poden reproducir a menos que un mimivirus infectase antes á mesma célula. O coñecemento do xenoma de "Sputnik" serviu para unha mellor comprensión da súa bioloxía. Aínda que 13 dos seus xenes mostran poucas similitudes con calquera outro xene coñecido, tres deles están moi relacionados con xenes de mimivirus e mamavirus, e quizais foron canibalizados polos diminutos virus cando empaquetaban as súas partículas compoñentes nalgún momento da súa historia evolutiva. Isto suxire que o virus satélite podería realizar unha transferencia horizontal de xenes entre virus, en certo modo similar ao transporte de xenes feito por bacteriófagos entre as bacterias."
Procariotas A transferencia horizontal de xenes é común entre as bacterias, mesmo entre as que están moi pouco emparentadas. Este proceso crese que é unha causa significativa do incremento da resistencia aos fármacos producida cando unha célula bacteriana adquiere resistencia e transfire rapidamente xenes de resistencia a moitas especies. A transferencia horizontal de xenes tamén xoga un papel no espallamento de factores de virulencia, como exotoxinas e exoencimas, entre bacterias. Propuxéronse estratexias para combater certas infeccións bacterianas tomando como obxectivo factores de virulencia específicos e elementos xenéticos móbiles.
Eucariotas "As comparacións de secuencias suxiren a transferencia horizontal recente de moitos xenes entre diversas especies mesmo a través das fronteiras entre os "dominios" filoxenéticos. Deste xeito, a determinación da historia filoxenética dunha especie non pode facerse conclusivamente determinando as árbores evolutivas por medio de xenes únicos". A análise de secuencias de ADN suxire que a transferencia horizontal de xenes ocorreu tamén entre os eucariotas desde as mitocondrias e cloroplastos ao xenoma nuclear. Como afirma a teoría endosimbiótica, os cloroplastos e mitocondrias probablemente se orixinaron como endosimbiontes bacterianos nun proxenitor das células eucariotas. A transferencia horizontal de xenes desde as bacterias a certos fungos, especialmente ao lévedo Saccharomyces cerevisiae, está ben documentada. O artigo argumenta que ocorreu unha transferencia de ADN bacteriano a Saccharomyces cerevisiae. Hai tamén evidencias de que a escaravello Callosobruchus chinensis adquiriu dalgún modo material xenético dos seus endosimbiontes bacterianos (non beneficiosos) Wolbachia. O artigo sostén que ADN de Wolbachia está no xenoma do insecto. Informouse recentemente de novos exemplos que demostran que Wolbachia representa unha importante fonte potencial de material xenético para os artrópodos e filarias (nematodos). Hai tamén evidencias de transferencia horizontal de xenes mitocondriais a plantas parasitas da familia Rafflesiaceae procedentes dos seus hóspedes (outras plantas), e desde os cloroplastos dunha planta aínda non identificada ás mitocondrias da faba Phaseolus, e desde unha alga heteroconta ao seu predador, a lesma mariña Elysia chlorotica. Striga hermonthica, unha eudicotiledónea, sufriu unha transferencia horizontal de xenes procedentes de Sorghum (Sorghum bicolor) ao seu xenoma nuclear. Non se coñece a funcionalidade do xene. Investigadores da Universidade de Arizona atoparon que o xenoma do pulgón do chícharo (Acyrthosiphon pisum) contén moitos xenes que foron transferidos horizontalmente procedentes de fungos. As plantas, fungos, e microorganismos poden sintetizar carotenoides, pero o toruleno producido polos áfidos do chícharo é o único carotenoide que se coñece que sexa sintetizado por un organismo do reino animal.Nancy A. Moran; Tyler Jarvik (2010). "Lateral Transfer of Genes from Fungi Underlies Carotenoid Production in Aphids". Science 328 (5978): 624–627. Bibcode 2010Sci...328..624M. doi:10.1126/science.1187113. PMID 20431015. Suxeriuse recentemente que o patóxeno causante da malaria Plasmodium vivax adquiriu horizontalmente material xenético humano que podería facilitar a súa prolongada presenza no corpo. Unha publicación de 2012 propuxo un novo mecanismo mediado por bacteriófagos de transferencia horizontal de xenes entre procariotas e eucariotas. Os autores sinalan a estendida presenza de sinais de localización nuclear nas proteínas terminais (TP) de bacteriófagos, que ceban a replicación do ADN e quedaron unidos covalentemente ao xenoma viral. Tendo en conta o papel coñecido de virus e bacteriófagos na transferencia horizontal de xenes en bacterias, os autores propoñen que os xenomas que conteñen TP poderían ser un vehículo para a transferencia de información xenética entre reinos no decurso da evolución. O HhMAN1 é un xene do xenoma do escaravello Hypothenemus hampei que lembra a xenes bacterianos, e crese que foi transferido por unha bacteria do intestino do escaravello.
Transferencia horizontal de xenes artificial A enxeñaría xenética é esencialmente unha transferencia horizontal de xenes, aínda que con casetes de expresión sintéticos. O sistema transposón Bela dormente (SB, Sleeping Beauty) foi desenvolvido como un axente de transferencia de xenes sintético que estaba baseado nas capacidades coñecidas dos transposóns Tc1/mariner de invadiren xenomas de especies extremadamente diversas. O sistema SB utilizouse para introducir secuencias xenéticas nunha ampla variedade de xenomas animais.
Importancia en evolución