Yatay gen transferi

Yatay gen transferi, bir organizmanın, ikinci bir organizmadan türemeden, o ikinci organizmaya ait genetik malzeme edinmesini sağlayan herhangi bir süreçtir. Buna karşın, dikey transfer bir organizmanın kendi atalarından (yani ebeveynlerinden) genetik malzeme edinmesidir. Genetik bilimi bu iki transfer biçiminden daha yaygını olan dikey transfere odaklanmış olmakla beraber, yakın zamanda yatay transferin de anlamlı bir olgu olduğu bilincine varılmıştır. Yatay gen transferinin yapay biçimi bir genetik mühendislik şeklidir.
Tarih
Yatay gen transferi ilk defa 1959'da, farklı bakteri türleri arasında antibiyotik direncinin aktarılabildiğinin gösterilmesi ile keşfedilmiştir. Japon araştırmacılar tarafından yapılan bu buluşun ne anlama geldiği Batılı bilim adamları tarafından anlaşılması için bir 10 yıl geçti. Michael Syvanen bu konuda çalışmış ilk batılı araştırmacılardandır. Syvanen, 1984'ten itibaren yatay gen transferi üzerine bir dizi makale yayınlamış, yatay gen transferinin olduğunu öngörmüş, yeryüzünde yaşamın başlangıcından itibaren evrim tarihini etkilemiş olan bir süreç olduğunu belirtmiştir.
Gen ve genom çalışmaları prokaryotlar arasında önemli miktarda yatay gen transferi olduğunu göstermekteler. Bu olgunun tek hücreli ökaryotlar için de anlamlı olduğu görülmektedir. Bulgular, Protistaların evriminde de yatay gen transferinin önemli bir rol oynadığını göstermektedir.
Bitki ve hayvanların da bu olgudan etkilendiğine dair belirtiler vardır, ama bunun ne derece önemli olduğu açık değildir.
Virüsler
Mimivirüs adı verilen virüs, sputnik adlı uydu virüs tarafından enfekte edilebilir. Sputnik virüsünün genlerinde 13'ü herhangi başka hiçbir gene benzemekle beraber, 3 tanesi mimivirüs ve mamavirüs genleriyle yakın ilişkilidir. Bu genlerin mimivirüsün kendini paketlemesi sırasında edinilmiş olduğu tahmin edilmektedir. Bu bulgular, bazı uydu virüslerin, virüsler arasında yatay gen transferi yapabileceğini göstermektedir. Bakteriyofajların bakteriler arasında gen taşıması da buna benzetilebilir.
Prokaryotlar
Yatay gen transferi birbirine uzak akraba olan bakteriler arasında dahi yaygındır. Bu süreç, antibiyotik direncinin başlıca nedeni olarak sayılmaktadır; bir bakteri direnç edinince, direnç genini kısa sürede başka türlere de aktarabilmektedir. Enterik bakteriler, içinde bulundukları bağırsaktaki diğer bakterilerle genetik alışverişte bulunurlar. Yatay gen transferi için başlıca üç mekanizma vardır:
Transformasyon, hücre içine yabancı genetik malzeme (DNA veya RNA) girmesi sonucu hücrenin kalıtsal değişime uğramasıdır. Bu süreç bakterilerden göreceli olarak yaygındır, ama ökaryotlarda daha enderdir. Transformasyon, deneysel, endüstriyel amaçlar için bakterilere yeni genlerin sokulması için sıkça kullanılır. Bakınız moleküler biyoloji ve biyoteknoloji maddeleri.
Transdüksiyon (genetik), bakteri DNA'sının bir virüs (bakteriyofaj, veya kısaca faj) aracılığıyla bir bakteriden diğerine taşınması.
Bakteriyel konjugasyon, bir bakterinin hücresel temas yoluyla DNA'sını bir diğer bakteriye aktarması.
Ökaryotlar
DNA dizilerinin analizi ökaryotların içinde, mitokondri ve kloroplast genomlarından çekirdek genomuna, yatay gen transferinin olmuş olduğuna işaret etmektedir. Endosimbiyoz teorisinde belirtildiği gibi, kloroplast ve mitokondrilerin kaynağı, ökaryotik hücrelerin atası bir hücrenin içindeki bakteriyel endosimbiyontlardı.
DNA dizi karşılaştırmaları farklı türler arasında pek çok genin yatay transferini göstermiştir, bu transferlerin bazıları farklı üst-alemler arasında dahi gerçekleşmiştir. Bakterilerden bazı mantarlara, özellikle Saccharomyces cerevisiae mayasına yatay gen transferi iyi belgelenmiştir.
Aduki fasulya kınkanatlısının kendi endosimbiyontu Wolbachia 'dan genetik malzeme edindiğine dair de kanıtlar vardır.<ref>Natsuko Kondo, Naruo Nikoh, Nobuyuki Ijichi, Masakazu Shimada and Takema Fukatsu (2002) "Genome fragment of Wolbachia endosymbiont transferred to X chromosome of host insect", Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 99 (22): 14280-14285". </ref> Wolbachia bakterilerini artropod ve filaria nematodlarında önemli bir genetik malzeme kaynağı olduğu gösterilmiştir
Rafflesiaceae bitki ailesinin parazitlerinin, konak bitkiden bazı mitokondri genlerini yatay transfer yapmış olduğu da gösterilmiştir. Ayrıca, henüz kimliği bilinmeyen bir bitkinin kloroplastından Phaseolus fasulyasının mitokondrisine transfer olduğu gösterilmiştir.
Evrim teorisi
Bir türün filogenetik tarihçesini anlamak için tek bir gene dayalı evrimsel ağaçlar oluşturmak yeterli değildir. Evrim tarihi tek bir genin DNA dizisine bakarak filogenetik ağaç oluşturmakta potansiyel bir karıştırıcı faktör (İng confoundıng factor) olabilmektedir. Örneğin, aralarında gen alışverişi olan iki bakteri durumunda, bu gene dayanarak oluşturulmuş bir filogenetik ağaç, bu iki bakterinin birbirleriyle yakından ilişkili olduğunu gösterecektir, diğer genleri çok farklı olsa da. Bu yüzden, güvenilir bir filojeniler oluşturmak için başka bilgileri de kullanmak idealdir, örneğin belli genlerin varlığı veya yokluğuna bakmak veya mümkün olduğunca çok sayıda gen için filogenetik analiz yapmak gibi.
Filogenetik ilişkileri belirlemek için en sık kullanılan gen, prokaryotlarda 16S rRNA genidir, çünkü bu genin dizisi birbirine yakın akraba sayılan türlerde korunumludur. Ancak, 16S rRNA geninin de yatay transfer olabileceği öne sürülmüştür. Bu ender bir olay olsa da, 16S rRNA'ya dayandılılarak oluşturulmuş filogenetik ağaçların doğruluğu tekrar gözden geçirilmelidir.
Gogarten bu konuda, "ağaç benzetmesi genom araştırmalarının bulguları ile uyumsuzdur" deyip, dolayısıyla "biyologlar, farklı gen tarihçelerinin bir genomda birleşmesini tarif etmekte bir mozaik benzetmesi, mikroplar arasındaki zengin gen alış veriş ilişkilerini görüntülemek için bir ağ benzetmesi kullanmalılar" demiştir.
Yatay gen transferi olunca genleri tekil filogenetik belirteç (marker'') olarak kullanarak organizmaların filogenisini belirlemek zordur. Ortak bir atadan yeni kladların oluşması modeli ile ender yatay gen transferi olayları birleşince, günümüzde mevcut 3 üst alem arasında paylaşılan genlerin hepsine sahip olan bir ortak ata olamayacağı sonucu çıkmaktadır. Çağdaş moleküllerin her birinin kendine ait bir geçmişi vardır ve her bir molekül atasal bir molekülden kaynaklanmaktadır. Ancak bu moleküler atalar muhtemelen farklı zamanlarda farklı organizmalarda bulunmaktaydılar.