Horisontaalinen geeninsiirto mikrobeista hyönteisiin

Abstract

Horisontaalinen geeninsiirto (Horizontal gene transfer, HGT) tarkoittaa geneettisen materiaalin siirtymistä suvuttomasti yli lajirajojen. Prokaryooteilla horisontaalinen geeninsiirto on tärkeä rekombinaatiota ja evoluutiota ajava tekijä. Geeninsiirto eukaryoottilajien välillä tai prokaryootista tai muusta mikrobista eukaryoottiin on aikaisemmin luultu olevan hyvin harvinaista, lähes mahdotonta. Nykytekniikan ja lisääntyneen genomisen datan avulla on kuitenkin todettu horisontaalista geeninsiirtoa monien eri organismien välillä ja tapahtumia löydetään koko ajan lisää.

Horisontaalisen geeninsiirron mekanismi ja tapahtumien laajempi merkittävyys eukaryoottien genomiin ja evoluutioon on vielä epäselvää. Mikrobiperäiset geenit eroavat eukaryoottigeeneistä, joten siirtyneiden geenien fiksoituminen ukaryoottigenomiin usein epäonnistuu ja ne katoavat genomista ajan myötä toimimattomina. Kuitenkin tutkimukset osoittavat, että joissain tapauksissa horisontaalisesti siirtynyt geeni tai sekvenssit ovat liittyneet eukaryoottigenomiin ja periytyneet jälkeläisille jo usean sukupolven ajan. Tämä kertoo siitä, että siirtyneillä geeneillä on toiminnallinen ja valinnan kannalta suotuisa vaikutus eliön kelpoisuuteen.

Tällaisia eliöille suotuisia geeninsiirtymiä on todettu paljon hyönteisillä ja niiden pohjalta on tehty monia tutkimuksia. Hyönteisille on kehittynyt monia ominaisuuksia lisääntymisen säätelyyn, immuniteettiin ja herbivorisilla hyönteisillä kasvimateriaalin hajottamiseen liittyen mahdollistaen niiden levittäytymisen. Monissa tapauksissa hyönteisten suolistosymbionttien tuottamat entsyymit, aminohapot ja vitamiinit ovat hyönteisille elintärkeitä. Näitä symbionttien geenejä on tutkimuksissa löytynyt myös hyönteisten omista genomeista. Nämä geenit ovat paljastuneet olevan täysin toiminnallisia koodaten samoja proteiineja kuin symbiontit. Hyönteisiltä on myös löydetty geenejä, jotka ovat peräisin myös hyönteisten elimistön ulkopuolisilta mikrobeilta, kuten bakteriofageilta, viruksilta, hyönteisten loisten bakteereilta ja ravinnon mukana tulleilta mikrobeilta.

Horisontaalisilla geeninsiirroilla on voinut olla merkittävä vaikutus hyönteisten suuren monimuotoisuuden kehittymiseen, sillä niiltä löydetään paljon mikrobiperäisiä geenejä. Vielä on kuitenkin epävarmaa, kuinka laajasti tosiasiassa nämä geenit ovat vaikuttaneet hyönteisten evoluutioon, vaikka ne ovat todistetusti tuottaneet hyönteisille täysin uudenlaisia ominaisuuksia.