Gen overdracht 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 horizontaal en verticaal gen overdracht. Gen overdracht kan plaatsvinden door transformatie, conjugatie of transfectie. Technische methoden zijn bijvoorbeeld micro-injectie of de biolistische methode, ook wel "genenpistool" genoemd.
Wat is genoverdracht?
Genoverdracht verwijst naar de kunstmatige of natuurlijke overdracht van vreemd genetisch materiaal naar een bevruchte eicel. Horizontale genoverdracht is een proces waarbij genetisch materiaal wordt opgenomen of doorgegeven zonder seksuele voortplantingsroutes en ongeacht soortgrenzen. Hierbij wordt een gen met een specifieke eigenschap in een genoom geïntroduceerd en daar geactiveerd. Preciezer gezegd, dit betekent dat genetisch materiaal niet langs een lijn wordt overgedragen, terwijl verticale genoverdracht plaatsvindt via voorouders op nakomelingen. In de evolutietheorie biedt horizontale genoverdracht een verklaring voor het ontstaan van bijvoorbeeld micro-organismen, die worden gekenmerkt door sterke evolutionaire sprongen. Verticale transmissie, waarbij pathogenen via het genetisch materiaal van een geïnfecteerde generatie worden doorgegeven aan een andere generatie, moet hiervan als bijzondere vorm worden onderscheiden. Bij micro-organismen en ongewervelde dieren wordt horizontale overdracht gedocumenteerd. Tussen bacteriënbijvoorbeeld genen die resistent zijn tegen antibiotica verspreiding. In Wolbachia bacteriënAan de andere kant wordt een heel genoom overgebracht naar de cellen van een fruitvlieg, 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 onwaarschijnlijk dat horizontale genoverdracht plaatsvindt in de microbiologische fauna. Meestal vindt het plaats in het laboratorium. De opkomst van verschillende weerstanden en pathogenen alleen zou informatie kunnen verschaffen over een natuurlijk voorkomende genoverdracht. Een dergelijke genoverdracht is bijvoorbeeld aangetoond in de bodembacterie Agrobacterium tumefaciens, die het vermogen heeft om DNA over te dragen naar plantencellen, een proces dat voor het eerst werd beschreven door de Belgische moleculair biologen Marc Van Montagu en Jozef Schell in 1983, en in de Gram -negatieve staafbacterie Bartonella henselae, die via zijn eigen transportsysteem DNA in eukaryote cellen kan overbrengen. Verticale genoverdracht is op zijn beurt een kruising die op seksuele basis plaatsvindt tussen twee individuen of planten, waarbij genen worden doorgegeven aan de volgende generaties. We hebben het dan over transmissie langs de verticale lijn. Als bijvoorbeeld transgene en niet-transgene planten worden gekruist, pikken de niet-transgene planten ook de constructen van de genen op. Evenzo kan het een kwestie zijn van doorgeven aan chromosomen die gendefecten hebben. Bij micro-organismen wordt de overerving van DNA aan nakomelingen verticale transmissie genoemd. Deze term beschrijft op zijn beurt bovendien de overdracht van pathogenen gedurende zwangerschap, geboorteproces en na de geboorte door de moeder aan het kind. Infectieziekten kan hier voorkomen, bijv rodehond of HIV.
Functie en taak
In gentechnologiewordt horizontale genoverdracht gebruikt om genetisch gemodificeerde organismen te creëren. Het proces omvat talloze methoden, afhankelijk van de specifieke modificatie, bijvoorbeeld of het een prokaryoot of eukaryoot is. De eerste verwijst naar organismen die geen celkern hebben. Dit zijn bv bacteriën, meer bepaald eubacteriën en archaebacteriën. Ze worden gekenmerkt door een hoog biologisch aanpassingsvermogen en een eenvoudige morfologie, hebben geen mitochondria, een genoom vrij in het cytoplasma, hebben een complexe extracellulaire matrix en extra DNA. Dienovereenkomstig zijn eukaryoten organismen die een kern hebben en zich ontwikkelen uit kernbevattende initiële cellen. Dit kunnen op hun beurt sporen of zygoten zijn. Een zygote is een diploïde cel die is ontstaan uit een ei en sperma cel. Sporen zijn eencellige of meercellige micro-organismen met een hoge weerstand tegen omgevingsinvloeden. In prokaryoten treden transformatie, transductie en vervoeging op; bij eukaryoten treedt transfectie op. Bij transductie worden DNA-fragmenten overgedragen tussen twee bacteriën door infectie met bacteriofagen. Bij conjugatie wordt DNA overgedragen van de ene bacterie naar de andere. Zelfs van donor tot ontvanger over soortgrenzen heen. Bacteriën die als donor fungeren, hebben de F-factor die conjugatie in de eerste plaats mogelijk maakt. Met behulp van een plasmabrug wordt een verbinding tot stand gebracht 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 aantonen dat menselijk genetisch materiaal niet alleen via verticale genoverdracht van de ene generatie op de andere werd overgedragen, maar dat mensen het tijdens de evolutie ook van bacteriën hebben overgenomen. Zo kwamen meer dan honderd genen van micro-organismen het menselijk genoom binnen via horizontale genoverdracht. Het resultaat van het onderzoek baarde voor het eerst opzien in 2001, maar werd nog steeds als controversieel beschouwd. Naarmate de jaren vorderden, kwam er eindelijk een uitgebreidere genoomdatabase beschikbaar en Britse wetenschappers vergeleken genen van fruitvliegsoorten, primaten, verschillende nematoden en mensen met erfelijk materiaal van de micro-organismen. In het geval van mensen waren het 145 genen die hun oorsprong vonden in de microbiële wereld en die ook belangrijke functies vervullen, zoals betrokken zijn bij Vet metabolisme of bij verschillende immuunreacties. Een dergelijke horizontale genoverdracht vond waarschijnlijk plaats in een tijd dat de verschillende soorten nog niet waren opgesplitst. Bij nematoden en fruitvliegen daarentegen bestaat genoverdracht in deze vorm nog steeds. Het is echter nog niet duidelijk geworden hoe de smokkel van dergelijke bacteriën in het menselijk genoom heeft plaatsgevonden. Een mogelijke verklaring is virussen, die als transporteurs hadden kunnen dienen. Over het algemeen kan genoverdracht zowel een positief effect hebben op de volksgezondheid van organismen door ze immuun te maken voor externe vatbaarheden, maar het omgekeerde kan ook gebeuren waarbij ziekteverwekkers, zoals in het geval van HIV, worden doorgegeven aan een ander organisme.
