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Horizontaler Gentransfer

Abkürzung: HGT
Synonym: Lateraler Gentransfer
Englisch: horizontal gene transfer

1 Definition

Unter dem horizontalen Gentransfer, kurz HGT, versteht man eine Übertragung von Genen zwischen zwei Organismen, die nicht über die Abstammungslinie - also die Vererbung - verläuft.

Vom HGT unterschieden wird der vertikale Gentransfer von Vorfahren zu Nachkommen.

2 Abgrenzung

Der HGT ist von der horizontalen Transmission abzugrenzen. Darunter versteht man die Übertragung von Krankheitserregern (z.B. Viren) oder Symbionten zwischen nicht verwandten Wirten der gleichen Art.

3 Natürlicher Gentransfer

3.1 Prokaryoten

Der horizontale Gentransfer spielt in der mikrobiologischen Evolution vor allem bei der Erklärung von starken Entwicklungssprüngen in Bakterien und Archeen eine Rolle. Diese können über verschiedene, natürlich ablaufende, Prozesse erklärt werden.

  • Transduktion: Bezeichnet den Austausch genetischen Materials über einen Bakteriophagen und die anschließende Integration in das Genom.
  • Transformation: Hier wird freie DNA aus der Umgebung in die prokaryotische, kompetente Zelle aufgenommen und in das Genom eingebaut.
  • Konjugation: Bei der Konjugation wird direkt genetisches Material, meist in Form von Plasmiden, zwischen zwei Prokaryoten ausgetauscht. Kontakt und Austausch werden über Pili - speziell Fertilitäts- oder F-Pili - vermittelt, über welche die DNA direkt in die Nachbarzelle transportiert wird.

Aufgrund der schnellen Zersetzung extrazellulärer DNA sind natürliche Transformationen seltener als die anderen Arten des HGT. Transduktion und Konjugation werden durch mobile genetische Elemente ermöglicht, die ihren eigenen Transfer von einer Zelle zur anderen vermitteln können.

Vor allem die Konjugation spielt eine große Rolle bei der natürlichen Übertragung von DNA zwischen Prokaryotenzellen. Sie ist einer der Hauptwege für die Vermittlung von Antibiotikaresistenzen und damit auch der Entstehung von multiresistenten gramnegativen Erregern oder MRSA.

3.2 Eukaryoten

Horizontaler Gentransfer in ein- oder mehrzelligen Eukaryoten ist seltener, als in Prokaryoten und derzeit (2018) nicht vollständig verstanden. Es wird vermutet, dass der nahe Kontakt, der z.B. bei Parasitismus und Symbiose zwischen - teilweise artfremden - Organismen besteht, eine Rolle dabei spielt. Gegenstand der Forschung zum natürlichen eukaryotischen HGT sind vor allem Pilze, Algen und parasitische Pflanzen.

4 Biotechnologischer Gentransfer

In der Bio- bzw. Gentechnologie wird der horizontale Gentransfer zur Produktion gentechnisch veränderter Organismen (GVOs) verwendet. Bei der Manipulation der Zellen kommen verschiedene Methoden zum Einsatz. Bei Prokaryoten werden die natürlich auftretenden Mechanismen der Konjugation, Transduktion und Transformation genutzt. Bei Eukaryoten wird die Transfektion verwendet, die analog zur Transformation ist. Aufgrund der verschiedenen Verwendung des Wortes Transformation in der Medizin wird bei der Anwendung des HGT in tierischen Zellen der Begriff Transfektion benutzt.

Wichtig ist die Erzeugung der Kompetenz, d.h. der Bereitschaft der Zelle, genetisches Material aufzunehmen. Dies ist bspw. über Elektroporation oder Sonoporation möglich, die die Membran kurzzeitig "löchrig" - und damit für DNA permeabel - machen. Desweiteren muss die Stabilität der eingebrachten DNA und/oder deren Einbau in das Genom des Wirtszelle gewährleistet sein.

5 Quellen

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