Подвижните генетични елементи са открити през 40-те години на 20-ти век от Барбара Маклинтък (Barbara McClintock). Дотогава гените са считани за стабилни единици, подредени върху хромозомата, подобно на мъниста на наниз.

Първоначално Маклинтък изследва царевичните зърна и открива генетична нестабилност в късото рамо на хромозома 9. Генетична неустойчивост, която доскоро се е срещала рядко в царевицата, изведнъж започва да се наблюдава доста по-често и представлява появата на драстични структурни промени в хромозомата или „хромозомно счупване”. Тя открива структурен елемент, отговорен за това счупване, който може да променя позицията си в генома.

Отначало идеята за подвижни генетични елементи е приета хладно, дори враждебно в научната общност. Обаче, с течение на времето, те са открити в различни видове организми. Постепенно идеята е приета и през 1983 г. Барбара Маклинтък получава Нобелова награда по физиология или медицина за откритието си.

Подвижните генетични елементи играят огромна роля в еволюцията на организмите. Съставят огромен процент от геномите на много животни и растения и преобразуват съдържанието на гените чрез структурни промени в хромозомите и мутации. Елементите представляват части от ДНК, които участват в движението на ДНК в един геном или между отделни клетки.

Интересен факт за подвижните генетични елементи е, че участват в пренасянето на гена за устойчивост към антибиотика метицилин при бактерията Staphylococcus aureus. Този бактериален клон е широко разпространен в болниците по света и нанася големи поражения, тъй като трудно се третира заради устойчивостта си към метицилин и други антибиотици. В други случаи безобидни бактерии (например Escherichia coli) са станали болестотворни именно заради тези елементи.

Подвижните генетични елементи включват: геномни острови (части от ДНК, които може да са подвижни или неподвижни), бактериофаги (вируси при бактериите), плазмиди (малки молекули ДНК, отделени от хромозомната ДНК) и траспозони. В следващите няколко параграфа предстои да разгледаме транспозоните.

ДНК транспозоните са примитивни генетични елементи, които колонизират всякакви видове организми – от бактерии до растения и животни. Те са паразитни елементи, които променят генома на гостоприемниците си. Изменят ги, като се намножават и местят между отделните хромозомни части чрез процеси, катализирани чрез специални протеини, които кодират (транспозази). Процесът се нарича транспозиция, от лат. Transponere, премествам. Принадлежат към два класа, които се различават според техния механизъм на преместване (транспозиция). Те могат да бъдат накратко описани като: „копирай и постави” (клас I) и „изрежи и постави”(клас II).

Илюстрацията представя двата механизми на транспозиция: 1.„изрежи и постави” 2. ”копирай и постави”. Схема: Lauren Solomon, Broad Communicatios

Клас I се наричат ретротранспозони и се копират в два стадия. Първо се синтезира РНК, като за матрица се използва ДНК, после от РНК се синтезира отново ДНК. Тогава новосинтезираната (копираната) ДНК се вмъква на нова позиция в генома.

Разликата при клас II, е че липсва междинната стъпка с РНК. При този клас траспозонът се отрязва и зашива на ново място с помощта на няколко вида ензими.

В човека транспозоните са 4 милиона, повечето – от неактивни фосилни останки от някога активни транспозони, и обхващат впечатляващите 50% от целия геном. Такова огромно количество няма как да не повлияе на генома.

Мутациите, причинени от вмъкване на траспозона в ДНК или обмяната на гени между вкараните транспозонни елементи, могат да помогнат за увеличаване разнообразието в гените, което от своя страна води до различия между индивидите, които в някои случаи води до различна приспособимост. Оттам – тези, които са се приспособили по-добре към средата си на живот стават двигател на еволюцията. По този начин активността на транспозоните може да влияе на и в редки случаи да благоприятства видовете. Примери на включване на транспозони, които да въздействат положително на геномите на техните гостоприемници, са малко. В повечето случаи въздействието им е отрицателно.
Транспозоните участват в множество клетъчни процеси. Установено е, че участват в развитието на човешки ракови заболявания чрез процеси като: геномни пренареждания или активиране на гени. Процесите се извършват чрез обмяна на гени между отделни хромозомни региони.

Но транспозоните могат и да помогнат в борбата с рака. Например – транспозонната система Sleeping beauty (Спящата красавица) се използва в генната терапия за лечение на лимфома. Системата се състои от транспозон и ензима транспозаза и е изработена, за да внася части от ДНК в геноми на гръбначни животни. Внесения ген замества увреденият и започва синтез на нормални протеини.

Използвани източници:

Barbara McClintock and the discovery of jumping genes
Shuffling of mobile genetic elements (MGEs) in successful healthcare-associated MRSA (HA-MRSA), Jodi A. Lindsay, Gwenan M. Knighta, Emma L. Budda & Alex J. McCarthy
DNA transposon-based gene vehicles - scenes from an evolutionary drive, Kristian Alsbjerg Skipper, Peter Refsing Andersen, Nynne Sharma and Jacob Giehm Mikkelsen
Domesticated transposable element gene products in human cancer, Jesse D Riordan and Adam J Dupuy
The Sleeping Beauty transposon system: a non-viral vector for gene therapy, Aronovich EL, McIvor RS, Hackett PB

Още по темата

11/06/2015

Медицина

Случайно разпадане на хромозома е излекувало тежко имунно заболяване

04/06/2015

Животът

Сензацията CRISPR-Cas9 - нов подход за геномното инженерство