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Gene, die zwischen Spezies springen, könnten unser Verständnis der Evolution umschreiben

Woher nimmst du deine Gene?

Die offensichtliche Antwort kommt von deinen Eltern, deren Ei und Sperma zu einer einzigartigen Kombination von genetischem Material verschmolzen sind, die dich zu dir macht. Aber überraschende neue Forschungen werfen einen Schlüssel in diese bekannte Geschichte: Es stellt sich heraus, dass große Mengen genetischen Materials, die beim Menschen gefunden wurden, irgendwann in der Vergangenheit tatsächlich von anderen Spezies abgesprungen sind, und dieser Prozess könnte ein Haupttreiber der Evolution bei Tieren aus Schnabeltieren sein zu Menschen.

Laut den Forschern könnte die Idee, dass eine signifikante Menge an DNA eher horizontal als vertikal übertragen wird, unser Verständnis davon verändern, wie Menschen und andere Tiere entstanden sind. "Es zeigt, dass diese fremde DNA, die von irgendwoher hätte kommen können, irgendwie in uns landen und anfangen könnte, Dinge zu verändern", sagt Atma Ivancevic, Postdoktorand für Bioinformatik an der Universität von Adelaide in Australien und Hauptautor einer Studie kürzlich in Genome Biology veröffentlicht .

Beginnen wir am Anfang. Zunächst einmal sind Springgene keine wirklichen Gene. Sie sind transponierbare Genelemente, das nicht kodierende genetische Material, das sich zwischen den Genen befindet. Die Menschen sind mit dem Zeug vollgepackt - mehr als die Hälfte unseres Genoms besteht aus transponierbaren Elementen -, aber vieles, was es tatsächlich tut, ist immer noch ein Rätsel. "Seine eine Aufgabe scheint es zu sein, sich so weit wie möglich selbst zu replizieren", sagt Ivancevic.

David Adelson, Ivancevics Vorgesetzter an der Universität von Adelaide und Mitautor des Papiers, hatte zuvor Forschungsergebnisse veröffentlicht, die zeigten, dass transponierbare Elemente namens Bovine-B (BovB) unter Tieren wie Nashörnern, Eidechsen und Schnabeltieren herumsprangen. Um zu sehen, was vor sich ging, suchte das Team nach BovBs und einem anderen transponierbaren Element namens L1 im Genom von 759 Tier-, Pflanzen- und Pilzarten, deren vollständig kartierte Genome bereits online verfügbar waren.

"Wir wollten mehr Licht ins Dunkel bringen und herausfinden, warum sie sich im Genom bewegen und wie weit sie sich ausbreiten können", sagt Ivancevic. "Wir haben versucht, nach ähnlichen Übereinstimmungen von Elementen zwischen sehr weit entfernten Arten zu suchen."

Da sie wussten, dass BovB-Elemente zwischen Arten übertragen können, verfolgten sie zuerst diese Art von genetischem Material. Sie entdeckten einige seltsame Bettgenossen: Einige BovBs hatten sich mindestens zweimal zwischen Fröschen und Fledermäusen ausgetauscht, und Ivancevic sagt, dass BovBs, die von Schlangen abstammen, mindestens 25 Prozent des Genoms von Kühen und Schafen ausmachen.

Sie verfolgten auch L1-Elemente, die laut Ivancevic etwa 17 Prozent des menschlichen Genoms ausmachen und wahrscheinlich viel älter als BovB-Elemente sind. Sie fanden zum ersten Mal heraus, dass auch L1s horizontal übertragen werden konnten: Sie waren in vielen Tier- und Pflanzenarten und allen Säugetieren, die sie untersuchten, außer Schnabeltier und Echidna (den einzigen zwei Ei-legenden Säugetieren oder Monotremen, die am Leben sind), vorhanden der Planet).

Dies führte das Team zu dem Schluss, dass die transponierbaren Elemente wahrscheinlich nie in Monotremen vorhanden waren. Stattdessen mussten sie vor 160 bis 191 Millionen Jahren in einen gemeinsamen Vorfahren der übrigen Säugetiere gesprungen sein.

Ivancevic hat sogar einen Mechanismus im Sinn. Kritisch gesehen wurden BovBs auch in Schädlingen wie Bettwanzen und Blutegeln gefunden, während L1s in Wasserparasiten wie Seewürmern und Austern gefunden wurden. Dies veranlasste Ivancevic und ihre Kollegen zu der Annahme, dass transponierbare Elemente in die DNA verschiedener Lebewesen gelangen können, indem sie diese Parasiten oder andere blutsaugende Lebewesen wie Zecken oder Mücken als Vehikel verwenden.

Auch Fledermäuse könnten eine Rolle spielen. Transponierbare Elemente sind bei vielen Fledermausarten inaktiv, was möglicherweise darauf zurückzuführen ist, dass sie aufgrund ihrer Insektennahrung besonders anfällig für horizontalen Gentransfer sind. Mit anderen Worten, Fledermäuse scheinen eine gesteigerte Fähigkeit entwickelt zu haben, diese Art von Elementen in ihrem eigenen Körper zu unterdrücken - und gleichzeitig als Wirte zu fungieren, die sie auf andere Arten übertragen können.

Nicht, dass all diese transponierbaren Elemente von Natur aus schlecht sind. Ivancevic merkt an, dass L1 zwar mit Krebs oder neurologischen Störungen wie Schizophrenie zusammenhängen können, aber auch andere transponierbare Elemente an der Plazentabildung beteiligt sein oder das Immunsystem unterstützen können. "Wir haben Beweise dafür, dass sie fast aus Versehen gute und schlechte Dinge tun", sagt sie und fügt hinzu, dass viele L1s beim Menschen auch inaktiv sind. "Es ist fast so, als würde das Genom versuchen, sie zu nutzen oder sie zum Schweigen zu bringen."

Chiara Boschetti, eine Dozentin für Biowissenschaften an der Universität von Plymouth in Großbritannien, die sich mit horizontalem Gentransfer befasst, sagt, dass diese Art von Studie zeigt, dass das, was Wissenschaftler früher als "Junk" -Elemente betrachteten, tatsächlich eine wichtige Rolle bei der Funktion oder Regulation von spielen könnte Gene. In einigen Fällen könnte es sogar die Aufteilung oder Replikation der DNA und die Funktionsweise der Chromosomen beeinflussen.

„Ich denke, es kann das Genom des Empfängers irgendwie verändern“, sagt Boschetti, der nicht an Ivancevics Arbeit beteiligt war. "Es ist sehr wahrscheinlich, dass es Auswirkungen gibt." Sie fügt hinzu, dass die neue Forschung neue Fragen aufwirft, wie schnell diese transponierbaren Elemente übertragen werden und wie aktiv sie im Genom sind.

Wissenschaftler wissen seit langem, dass genetisches Material horizontal zwischen Bakterien übertragen werden kann. So entwickeln sie so schnell eine Antibiotikaresistenz. Aber die Entdeckung, dass auch komplexere Organismen dies tun, wird immer wichtiger und veranlasst mehr Forschungen über das Konzept der genetischen Vererbung, sagt sie. "Es ist in gewisser Weise cool", sagt sie, "es fügt jedem ein zufälliges dynamisches Element hinzu."

Gene, die zwischen Spezies springen, könnten unser Verständnis der Evolution umschreiben