Zaključavanje horizontalnog prenosa gena

Horizontalni ili lateralni transfer gena (HGT ili LGT) je prijenos dijelova genomske DNK između organizama, procesom koji je odvojen od vertikalnog nasljeđivanja. U prisustvu HGT događaja, različiti fragmenti genoma su rezultat različitih evolucijskih historija. To stoga može zakomplicirati istraživanja evolucijske povezanosti loza i vrsta. Također, budući da HGT može u genome unijeti radikalno različite genotipove iz udaljenih loza, ili čak nove gene koji nose nove funkcije, on je glavni izvor fenotipskih inovacija i mehanizam adaptacija niše. Naprimjer, od posebnog značaja za ljudsko zdravlje je lateralni transfer determinanti otpornosti na antibiotike i patogenosti, što dovodi do pojave patogenih loza.

Da bi se zaključilo o HGT događajima, koji ne moraju nužno rezultirati promjenama fenotipa, većina savremenih metoda zasniva se na analizama podataka o genomskim sekvencama. Ovi metodi mogu se grubo podijeliti u dvije grupe: parametarijske i filogenetske. Parametrijski metodi traže dijelove genoma koji se značajno razlikuju od genomskog prosjeka, kao što su GC-sadržaj ili upotreba kodona.
Prisustvo/odsustvo homologa (ili njihov efektivni broj) stoga mogu koristiti programi za rekonstrukciju najvjerovatnijeg evolucijskog scenarija duž stabla vrsta. Baš kao i kod metoda usklađivanja, ovo se može postići putem štedljive ili probabilističke procjene broja događaja dobitka i gubitka. Modeli se mogu usložniti dodavanjem procesa, poput skraćivanja gena, ali i modeliranjem heterogenosti stopa dobitka i gubitka kroz loze i/ili genske porodice.

#### Klasteri polimorfnih mjesta
Geni se obično smatraju osnovnim jedinicama koje se prenose putem HGT događaja. Međutim, moguće je da se HGT dogodi i unutar gena. Naprimjer, pokazano je da horizontalni transfer između blisko srodnih vrsta rezultira većom razmjenom fragmenata ORF, tipa transfera koji se naziva konverzija gena, posredovan homolognom rekombinacijom. Analiza grupe od četiri soja *Escherichia coli* i dva soja *Shigella flexneri* otkrila je da sekvencijski dijelovi zajednički za svih šest sojeva sadrže polimorfna mjesta, posljedice homologne rekombinacije. Klasteri viška polimorfnih mjesta stoga se mogu koristiti za detekciju tragova rekombinovane DNK sa udaljenim srodnikom. Međutim, ovaj metod detekcije ograničen je na mjesta zajednička svim analiziranim sekvencama, ograničavajući analizu na grupu blisko povezanih organizama.

## Evaluacija
Postojanje brojnih i različitih metoda za zaključivanje o HGT-u postavlja pitanje kako validirati pojedinačne zaključke i kako uporediti različite metode.

Glavni problem je što se, kao i kod drugih vrsta filogenetskih zaključaka, stvarna evolucijska historija ne može sa sigurnošću utvrditi. Kao rezultat toga, teško je dobiti reprezentativni testni skup HGT događaja. Nadalje, metodi zaključivanja HGT-a znatno se razlikuju u informacijama koje uzimaju u obzir i često identificiraju nekonzistentne grupe kandidata za HGT: nije jasno u kojoj mjeri uzimanje presjeka, unije ili neke druge kombinacije pojedinačnih metoda utiče na stope lažno pozitivnih i lažno negativnih.

Parametrijski i filogenetski metodi koriste različite izvore informacija; stoga je teško dati općenite tvrdnje o njihovim relativnim performansama. Međutim, mogu se pozvati na koncijske argumente. Dok su parametarski metodi ograničeni na analizu jednog ili parova genoma, filogenetski metodi pružaju prirodni okvir za iskorištavanje informacija sadržanih u više genoma. U mnogim slučajevima, segmenti genoma za koje se pretpostavlja da su HGT, na osnovu njihovog anomalnog sastava mogu se prepoznati kao takvi i na osnovu filogenetskih analiza ili samo zbog njihovog odsustva u genomima srodnih organizama. Pored toga, filogenetski metodi se oslanjaju na eksplicitne modele evolucije sekvenci, koji pružaju dobro razumljiv okvir za zaključivanje parametara, testiranje hipoteza i izbor modela. Ovo se odražava u literaturi, koja teži favoriziranju filogenetskih metoda kao standarda dokaza za HGT. Stoga se čini da je upotreba filogenetskih metoda preferirani standard, posebno s obzirom na to da ih je povećanje računarske snage, zajedno s algoritamskim poboljšanjima, učinio lakšim za obradu, i da sve gušće uzorkovanje genoma daje veću snagu ovim testovima.
Uzimajući u obzir filogenetske metode, usvojeno je nekoliko pristupa validaciji pojedinačnih HGT zaključaka i metoda poređenja, obično se oslanjajući na različite oblike simulacije. Budući da je istina poznata u simulaciji, broj lažno pozitivnih i broj lažno negativnih rezultata je lahko izračunati. Međutim, simuliranje podataka ne rješava problem trivijalno jer pravi obim HGT-a u prirodi ostaje uglavnom nepoznat, a određivanje stopa HGT-a u simuliranom modelu je uvijek rizično. Ipak, studije koje uključuju poređenje nekoliko filogenetskih metoda u okviru simulacije mogle bi pružiti kvantitativnu procjenu njihovih performansi i tako pomoći  u izboru objektivno odgovarajućih alata. Standardni alati za simulaciju evolucije sekvenci duž stabala kao što su INDELible ili PhyloSim mogu se prilagoditi za simulaciju HGT-a. HGT događaji uzrokuju sukob relevantnih genskih stabala sa stablom vrsta. Takvi HGT događaji mogu se simulirati orezivanjem podstabla i ponovnim kalemljenjem preuređenja stabla vrsta. Međutim, važno je simulirati podatke koji su dovoljno realistični da budu reprezentativni za izazov koji pružaju stvarni skupovi podataka, te su stoga simulacije pod složenim modelima poželjnije. Razvijen je model za simuliranje genskih stabala s heterogenim procesima supstitucije, pored pojave transfera, i uzimajući u obzir činjenicu da transfer može doći iz sadašnjih izumrli donorskih loza. Alternativno, simulator evolucije genoma ALF direktno generira genske porodice podložne HGT-u, uzimajući u obzir cijeli niz evolucijskih sila na osnovnom nivou, ali u kontekstu kompletnog genoma. S obzirom na simulirane sekvence koje imaju HGT, analiza tih sekvenci korištenjem metoda od interesa i poređenje njihovih rezultata s poznatom istinom omogućava proučavanje njihovih performansi. Slično tome, testiranje metoda na sekvenci za koju se zna da nema HGT omogućava proučavanje stopa lažno pozitivnih rezultata.

Simulacija HGT događaja može se izvesti i manipulisanjem samih bioloških sekvenci. Umjetni himerni genomi mogu se dobiti umetanjem poznatih stranih gena u nasumične pozicije domaćinskog genoma. Donorske sekvence se ubacuju u domaćina nepromijenjene ili se mogu dalje razvijati simulacijom, npr. korištenjem gore opisanih alata.
Jedna važna napomena u vezi sa simulacijom kao načinom procjene različitih metoda je da se simulacija zasniva na jakim pojednostavljujućim pretpostavkama koje mogu favorizirati određene metode.

## Također pogledajte
* Indeks članaka o evolucijskoj biologiji
* Horizontalni transfer gena
* Horizontalni transfer gena u evoluciji
* Filogenetsko stablo
* Filogenetska mreža
* Bioinformatika
* Komparativna genomika
* Homologija (biologija)

## Reference 
Kategorija:Genetika
Kategorija:Računarstvo