תחת העברת גנים מתייחס להעברה מלאכותית או טבעית של חומר גנטי זר לתא ביצה מופרית. ליתר דיוק, גנים בודדים מועברים מאורגניזם תורם לאורגניזם המקבל. מבדילים בין העברת גנים אופקיים ואנכיים. העברת גנים יכולה להתבצע על ידי טרנספורמציה, שילוב או transfection. תהליכים טכניים הם למשל הזרקת מיקרו או השיטה הביוליסטית, המכונה גם "אקדח הגנים".
מהו העברת גנים?
העברת גנים אופקית היא תהליך בו נלקח או מועבר חומר גנטי ללא מסלולי רבייה מיניים וללא קשר לגבולות המינים. גן עם תכונה מסוימת מוחדר לגנום ומופעל שם. ליתר דיוק, משמעות הדבר היא כי חומר גנטי אינו מועבר לאורך שושלת, ואילו העברת גנים אנכית מתבצעת דרך אבות לאביהם.
בתורת האבולוציה, העברת גנים אופקית מספקת הסבר להופעתם של, למשל, מיקרואורגניזמים המאופיינים בקפיצות עיקריות בהתפתחות. מכאן, בתורו, יש לבדל את ההעברה האנכית כצורה מיוחדת, לפיה מועברים פתוגנים לאחרים באמצעות איפור גנטי של דור נגוע אחד.
הוכחה העברה אופקית במיקרואורגניזמים וחסרי חוליות. לדוגמה, גנים עמידים לאנטיביוטיקה מתפשטים בין חיידקים. במקרה של חיידקי וולבאצ'יה, לעומת זאת, מוברחים גנום שלם לתאים של זבוב פרי, גם אם רק חלק מהגנים מאוחרים לאחר מכן תפקידים מסוימים.
בגלל הפירוק המהיר של ה- DNA הטנזני מחוץ לתא, לא סביר כי העברת גן אופקית תתרחש בפאונה המיקרוביולוגית. לרוב זה מתרחש במעבדה. הופעתם של התנגדות ופתוגנים שונים בלבד יכולה בתורם לספק מידע על העברת גן באופן טבעי.
העברת גנים כזו הוכחה, למשל, בחיידק האדמה "Agrobacterium tumefaciens", שיש לו את היכולת להעביר DNA לתאים צמחיים, תהליך שתואר לראשונה על ידי הביולוגים המולקולריים הבלגיים מארק ואן מונטגו וג'וזף שיל בשנת 1983, וב- חיידק המוט השלילי-גרמי "Bartonella henselae", שמסוגל להעביר DNA לתאים אוקריוטיים באמצעות מערכת תובלה משלו.
העברת גן אנכי, בתורו, היא צלב המתרחש בשני פרטים או צמחים על בסיס מיני, לפיו מועברים הגנים לדורות הבאים. אנחנו מדברים על מעבר לאורך קו הירידה האנכי.
אם למשל חוצים צמחים טרנסגניים ולא טרנסגניים, הצמחים הלא-טראנסגניים תופסים גם את מבני הגנים. ניתן להעביר אותו גם לכרומוזומים שיש להם מומים גנטיים.
במקרה של מיקרואורגניזמים, העברת ה- DNA לצאצאים נקראת העברת אנכי. מונח זה מתאר גם העברת פתוגנים במהלך ההיריון, תהליך הלידה ואחרי הלידה מהאם לילד. מחלות זיהומיות כמו אדמת או HIV יכולות להופיע כאן.
פונקציה ומשימה
בהנדסה גנטית משתמשים בהעברת גנים אופקיים ליצירת אורגניזמים מהונדסים גנטית. ההליך כולל מספר שיטות התלויות בשינוי הספציפי, למשל אם מדובר בפרוקריוט או באוקריוט. הראשון מתאר יצורים חיים שאין להם גרעין. אלה, למשל, חיידקים, ליתר דיוק eubacteria ו- archaebacteria. הם מאופיינים בכושר הסתגלות ביולוגי ובמורפולוגיה פשוטה, אין להם מיטוכונדריה, גנום חופשי בציטופלסמה, יש מטריצה חוץ-תאית מורכבת ו- DNA נוסף.
בהתאם לכך, האוקריוטות הן אורגניזמים שיש להן גרעין ומתפתחות מתאי אב המכילים גרעין. אלה בתורם יכולים להיות נבגים או זיגוטים. זיגוטה היא תא דיפלואידי אשר נבע מתאי ביצה וזרע. נבגים הם מיקרואורגניזמים חד-תאיים או בעלי עמידות גבוהה להשפעות סביבתיות.
בפרוקריוטים מתרחשים טרנספורמציה, הולכה וקשירה; באיקריוטים מתרחשת transfection. במהלך ההולכה מועברים שברי DNA בין שני חיידקים דרך זיהום בבקטריופאגים. במהלך ההתייחדות מועבר ה- DNA מחיידק אחד למשנהו. גם מתורם למקבל מעבר לגבולות המינים. לחיידקים הפועלים כתורמים יש גורם ה- F שמאפשר התחברות מלכתחילה. קשר בין החיידקים נוצר באמצעות גשר פלזמה והתורם מעביר את הפלסמיד למקבל. טרנספורמציה, בתורו, היא ספיגת DNA חופשי על ידי חיידקים.
מחלות ומחלות
בינתיים החוקרים הצליחו להוכיח כי גנים אנושיים לא הועברו רק מדור לדור באמצעות העברת גנים אנכיים, אלא שבני האדם השתלטו עליהם גם מחיידקים במהלך האבולוציה. יותר ממאה גנים ממיקרואורגניזמים מצאו את דרכם לגנום האנושי באמצעות העברת גנים אופקיים.
תוצאת המחקר עוררה לראשונה סערה בשנת 2001, אך עדיין נחשבה לשנויה במחלוקת. מכיוון שמאגר גנום נרחב יותר נעשה זמין ככל שהתקדמו השנים, השוו מדענים בריטים גנים ממינים של זבובי פרי, פרימטים, נמטודות שונות ובני אדם עם האיפור הגנטי של המיקרואורגניזמים. התוצאה אצל בני אדם הייתה 145 גנים, שמקורם במקור מעולם החיידקים והם גם ממלאים משימות חשובות, למשל הם מעורבים במטבוליזם של השומנים בדם או בתגובות חיסוניות שונות.
העברת גן אופקי שכזו מתרחשת ככל הנראה בתקופה בה המינים השונים טרם התפצלו. לעומת זאת העברת גנים בצורה זו הייתה קיימת עד היום בנמטודות ובזבובי פרי. כיצד הוכנסו חיידקים כאלה לגנום האנושי טרם הובהר. הסבר אפשרי אחד הוא וירוסים שאולי שימשו אמצעי תחבורה.
באופן כללי, העברת גנים יכולה להשפיע לטובה על בריאותם של האורגניזמים על ידי הפיכתם לחסינים מפני פגיעויות חיצוניות, אך ההפך יכול להתרחש, לפיו מועברים פתוגנים, כמו במקרה של נגיף ה- HI, לאורגניזם אחר.
