انگل‌های ژنتیکی چگونه میلیاردها سال بر انتخاب طبیعی غلبه کردند؟

[Mohammad Aref 120450]

تقریباً نیمی از ژنوم انسان از انگل‌های ژنتیکی تشکیل شده است که شامل ترانسپوزون‌ها، پلاسمیدها، ویروس‌ها، و دیگر عناصر ژنتیکی که یک چیز مشترک دارند، می‌باشد. چیز مشترک بین انگل‌های ژنتیکی این است که هیچ کمک مفیدی به میزبان‌های خود نمی کنند و حتی گاهی اوقات می‌توانند تأثیرات مضری داشته باشند. اما سوال این است که انگل‌های ژنتیکی چگونه توانستند میلیاردها سال بر انتخاب طبیعی غلبه کنند؟

 

منشأ انگل‌های ژنتیکی که گاهی اوقات «ژن‌های خودخواه» نامیده می‌شوند، در تاریخ حیات است و امروزه تقریباً در تمام موجودات زنده وجود دارند. این کشف که انگل‌های ژنتیکی بسیار فراوان و شایع هستند، یکی از یافته‌های شگفت‌انگیزِ بسیار در زمینۀ ژنومیک است، اما هنوز سوالات زیادی بدون پاسخ مانده است. یکی از اساسی‌ترین پرسش‌ها این است که انگل‌های ژنتیکی چگونه توانسته‌اند مدتی طولانی دوام بیاروند، علیرغم این شواهد که آنها در زمان‌‌بندی‌های فرگشتی، مضر هستند. معمولاً انتخاب طبیعی منجر به حذف ژن‌های مضر می‌شود، بنابراین سوال اصلی این است که چرا انتخاب طبیعی، انگل‌های ژنتیکی را حذف نکرده است؟

محققان جیامو ایرانزو و اوگن وی. کونین در مؤسسه ملی بهداشت در بتزدا – مریلند، در مطالعه‌ای جدید، دریافتند که ممکن است انتقال افقی ژن(HGT) یکی از عوامل کلیدی در درک پایداری و شیوع انگل‌های ژنتیکی در طول زمان‌بندی‌های فرگشت، باشد. در انتقال افقی ژن، اطلاعات ژنتیکی به وسیلۀ انواعی از مکانیزم‌ها، به غیر از فرآیند سنتیِ انتقال DNA از والدین به فرزند، به موجود زنده منتقل می‌شود. بعنوان مثال، موجود زنده ممکن است مادۀ ژنتیکی را مستقیماً از موجود زنده دیگری که حتی از گونه‌ای متفاوت باشد، دریافت کند؛ یا اینکه ماده ژنتیکی را از محیط اطراف برداشت کند. در انگل‌های ژنتیکی، انتقال افقی ژن راهی برای آلوده کردنِ میزبان فراهم می‌کند، که مکانیزمی بالقوه برای جبران زیان‌های ناشی از انتخاب طبیعی فراهم می‌آورد.

با این وجود، مطالعات اولیه نشان دادند با فرض سرعت‌های معمولیِ انتقال افقی ژن، بعید است که آنها به تنهایی بتوانند سبب شوند که انگل‌های ژنتیکی برای مدت زمانی طولانی دوام بیاورند. تحقیقات بعدی نشان می‌دهد که نوسانات تصادفی در سرعت‌های انتقال افقی ژن می‌تواند منجر به دوام برخی انگل‌های ژنتیکی شود. اکنون در این مطالعۀ جدید، محققان مقادیر زیادی از داده‌های مربوط به شیوع انگل‌های ژنتیکی در جمعیت‌های میکروبی را تجزیه و تحلیل کردند و از آن برای برآورد حداقل سرعت انتقالِ افقی ژن که برای بقای طولانی‌مدتِ انگل‌های ژنتیکی لازم است، استفاده کردند. این تجزیه و تحلیل شامل استفاده از ژنومیک‌های تطبیقی و مدلسازی ریاضی، به منظور تعیین تأثیر عوامل مختلف بر گسترش و شیوع و دوام انگل‌های ژنتیکی، بود.

محققان دریافتند که گرچه سرعت حیاتیِ انتقال افقی ژن به قدرت انتخاب طبیعی و سرعت حذف ژن بستگی دارد، اما سرعت‌های معمولیِ انتقال افقی ژن در انگل‌های ژنتیکی معمولا آن قدر بالا است که بتواند بقای طولانی‌مدت را تضمین کند. این یافته‌ها شواهدی را ارائه می‌دهد که انگل‌های ژنتیکی برای غلبه کردن بر انتخاب طبیعی و دوام آوردن در ژنوم میزبان‌های خود برای میلیاردها سال، از انتقال افی ژن استفاده می‌کنند. نتایج آنها همچنین به کمک این امر که چرا انواع متفاوت انگل‌های ژنتیکی از استراتژی‌های مختلفی استفاده می‌کنند، کمک می‌کند.

 

ایزانزو گفت: «با تعیین میزان انگل‌های ژنتیکی و حداقل سرعتِ انتقال افقی ژن که انگل‌ها برای بقای خود نیاز دارند، به درک بنیادینی از اینکه چرا استراتژی‌های بقاییِ مورد استفاده در ژن‌های خودخواه متفاوت است، دست یافتیم. بعنوان مثال، انگل‌های ژنتیکی که بسیار زیان‌آور هستند، باید سرعت انتقال افقی ژن بسیار بالایی داشته باشند، که فقط از طریق فرگشت مکانیزم‌های خودمختار برای انتقال افقی ژن (مورد ویروس‌ها و پلاسمیدهای همجوشی) یا به وسیلۀ سوار شدن روی انگلی دیگر که برای انتقال افقی ژن، خودمختار است (مورد ماژول‌های توکسین- آنتی توکسین)، می‌تواند نائل شود. انگل‌های ژنتیکی خفیف، نظیر ترانسپوزون‌ها، گزینه‌های بیشتری دارند، مانند مکانیزم‌های فرگشتی که به آنها اجازه می‌دهد در ژنوم‌های میزبان خود تکثیر کنند.»

اگرچه انگل‌های ژنتیکی هیچ مزیت عملکردی برای میزبان خود ندارند، اما رقابت بین موجوادت زنده اولیه و انگل‌های ژنتیکی نقش مهم و حیاتی در برخی از رویدادهای مهم فرگشتی در تاریخ موجودات زنده دارد. بعنوان مثال، این رقابت ممکن است یکی از نیرومحرکه‌های پسِ جداسازی و همچنین منشأ اشکال زندگیِ چندسولی باشد و همچنین ممکن است باعث شود موجودات زنده در برابر تهاجم‌های سایر انگل‌ها بیشتر مقاوم باشند. درک مقاومت انگل‌های ژنتیکی، پیامدهایی برای درک این رویدادها دارد و به پاسخ دادن به دیگر پرسش‌ها هم کمک می‌کند.

ایرانزو گفت: «گسترشِ طبیعی کار ما، مطالعۀ تعاملات میان طبقات مختلف انگل‌های ژنتیکی است. وجود انگل ژنتیکی چگونه بر بقای طولانی‌مدت (و کوتاه‌ مدت) دیگر انگل‌های ژنتیکی تأثیر می‌گذارد؟ چه عوامل محیطی و فرگشت، همکاری و یا رقابت میان انگل‌های ژنتیکی را افزایش می‌دهند؟ تمرکز دوم، پی بردن به دینامیک گذرای مشاهده‌‌ شده در مقیاس گونه‌ها و جمعیت‌های متعددی است که در آن به نظر می‌رسد که انگل‌های ژنتیکی در برخی از گونه‌ها تکثیر می‌شوند و در برخی دیگر تقلیل می‌یابند.» جزئیات بیشتر این پژوهش در نشریۀ 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

 منتشر شده است.

ترجمه: زهرا جهانبانی - بیگ بنگ