Geen ülekandmine tähendab võõra geneetilise materjali kunstlikku või looduslikku ülekandumist viljastatud munarakule. Täpsemalt, üksikud geenid kanduvad doonororganismist retsipiendi organismi. Eristatakse horisontaalset ja vertikaalset geen üleandmine. Geen ülekanne võib toimuda transformatsiooni, konjugatsiooni või transfektsiooni teel. Tehnilised meetodid on näiteks mikroinjektsioon või biolistiline meetod, mida nimetatakse ka “geenipüstoliks”.
Mis on geeniülekanne?
Geenisiire tähendab võõra geneetilise materjali kunstlikku või looduslikku ülekandumist viljastatud munarakule. Geenide horisontaalne ülekanne on protsess, mille käigus geneetiline materjal võetakse üles või antakse edasi ilma sugulise paljunemise radadeta ja sõltumata liigipiiridest. Selles protsessis viiakse kindla omadusega geen genoomi ja aktiveeritakse seal. Täpsemalt tähendab see, et geneetiline materjal ei kandu mööda liini, samas kui vertikaalne geenisiire toimub esivanemate kaudu järeltulijatele. Evolutsiooniteoorias annab horisontaalne geeniülekanne selgituse näiteks mikroorganismide tekkele, mida iseloomustavad tugevad evolutsioonilised hüpped. Vertikaalne ülekanne, milles patogeenid nakatunud põlvkonna geneetilise materjali kaudu edasi teisele põlvkonnale, tuleb sellest erivormina eristada. Mikroorganismides ja selgrootutes on horisontaalne ülekanne dokumenteeritud. Nende hulgas bakteridnäiteks geenid, mis on resistentsed antibiootikumid levik. Wolbachias bakterid, teiselt poolt kandub puuviljakärbse rakkudesse terve genoom, isegi kui hiljem võtavad teatud funktsioonid üle vaid osa geenidest. Tänu tansgeense DNA kiirele lagunemisele väljaspool rakku ei toimu mikrobioloogilises loomastikus tõenäoliselt horisontaalset geeniülekannet. Enamasti toimub see laboris. Kuid mitmesuguste takistuste tekkimine ja patogeenid üksi võiks anda teavet looduslikult toimuva geenisiirde kohta. Sellist geeniülekannet on demonstreeritud näiteks mullabakteris Agrobacterium tumefaciens, millel on võime kanda DNA taimerakkudesse - protsessi kirjeldasid esmakordselt Belgia molekulaarbioloogid Marc Van Montagu ja Jozef Schell 1983. aastal ning Gram -negatiivne vardabakter Bartonella henselae, mis on võimeline oma transpordisüsteemi kaudu DNA eukarüootsetesse rakkudesse kandma. Geenide vertikaalne ülekanne on omakorda ristumine, mis toimub kahe indiviidi või taime vahel seksuaalsel alusel, kusjuures geenid kanduvad edasi järgmistele põlvkondadele. Seejärel räägime ülekandest mööda vertikaalset joont. Näiteks kui ristatakse transgeensed ja mitte-transgeensed taimed, korjavad mittegeensed taimed ka geenide konstruktsioonid. Samamoodi võib olla tegemist edasiandmisega kromosoomid millel on geenidefekte. Mikroorganismides nimetatakse DNA pärimist järglastele vertikaalseks ülekandeks. See termin omakorda kirjeldab täiendavalt ka patogeenid ajal rasedus, sünnitusprotsess ja pärast sünnitust ema poolt lapsele. Nakkushaigused võib siin esineda nt punetised või HIV.
Funktsioon ja ülesanne
In geenitehnoloogia, geneetiliselt muundatud organismide loomiseks kasutatakse horisontaalset geeniülekannet. Protsess hõlmab arvukalt meetodeid, sõltuvalt konkreetsest modifikatsioonist, näiteks kas see on prokarüoot või eukarüoot. Esimene viitab organismidele, millel puudub rakutuum. Need on nt bakterid, täpsemalt eubakterid ja arheebakterid. Neid iseloomustab kõrge bioloogiline kohanemisvõime ja lihtne morfoloogia, neil puudub mitokondrid, tsütoplasmas vaba genoomil on keeruline rakuväline maatriks ja täiendav DNA. Vastavalt sellele on eukarüoodid tuumaga organismid, mis arenevad tuuma sisaldavatest algrakkudest. Need võivad omakorda olla eosed või sügootid. Sügoot on diploidne rakk, mis on tekkinud munaraku ja sperma kamber. Eosed on ühe- või mitmerakulised mikroorganismid, millel on suur vastupidavus keskkonnamõjudele. Prokarüootides toimub transformatsioon, transduktsioon ja konjugatsioon; eukarüootides toimub transfektsioon. Transduktsioonis kantakse DNA fragmendid kahe bakteri vahel bakteriofaagidega nakatumise kaudu. Konjugatsioonis kantakse DNA ühelt bakterilt teisele. Isegi doonorilt vastuvõtjale üle liigi piiride. Doonoritena tegutsevatel bakteritel on F-faktor, mis muudab konjugatsiooni esmajärjekorras võimalikuks. Plasmasilla abil luuakse bakterite vahel ühendus ja doonor kannab plasmiidi retsipiendile. Transformatsioon on omakorda vaba DNA omastamine bakterite poolt.
Haigused ja häired
Teadlased on nüüd suutnud tõestada, et inimese geneetiline materjal ei kandunud vertikaalse geeniülekande kaudu mitte ainult ühest põlvkonnast teise, vaid et inimesed võtsid selle evolutsiooni käigus ka bakteritest. Seega sisenes horisontaalse geeniülekande kaudu inimese genoomi üle saja mikroorganismide geeni. Uuringu tulemus tekitas esimest korda segadust 2001. aastal, kuid seda peeti endiselt vaieldavaks. Aastate edenedes sai lõpuks kättesaadavaks ulatuslikum genoomi andmebaas ning Briti teadlased võrdlesid puuviljakärbeseliikide, primaatide, erinevate nematoodide ja inimeste geene mikroorganismide päriliku materjaliga. Inimeste puhul oli tulemuseks 145 geeni, mis pärinesid mikroobide maailmast ja mis täidavad ka olulisi funktsioone, näiteks osalevad rasvade ainevahetus või mitmesuguste immuunreaktsioonide korral. Selline horisontaalne geeniülekanne toimus tõenäoliselt ajal, kui erinevad liigid polnud veel laiali läinud. Seevastu nematoodides ja puuviljakärbestes on sellisel kujul geenisiire praegu veel olemas. Siiski ei ole siiani suudetud selgitada, kuidas toimus selliste bakterite smugeldamine inimese genoomi. Üks võimalik seletus on viirused, mis oleks võinud toimida vedajatena. Üldiselt võib geenisiirdel olla nii positiivne mõju tervis organismide suhtes, muutes need välisele vastuvõtlikkusele immuunseks, kuid võib juhtuda ka vastupidi, kus patogeenid, nagu HIV puhul, kanduvad edasi teisele organismile.
