as pessoas têm sido intrigadas pela perspectiva de DNA estrangeiro dentro de nossos próprios genomas. Genomas humanos abrigam evidências de lgts benéficos de bactérias no passado recente, e há evidências de que as transferências podem ocorrer regularmente entre bactérias residentes e células somáticas do corpo. Como comumente bactérias-animais LGT ocorre não é claro, assim como os mecanismos dessas transferências. Mas se as LGTs induzirem mutações prejudiciais, podem ser uma causa não reconhecida da doença.,
troca de genes
troca de genes: transferência Horizontal ou lateral de genes (LGT) é um evento regular entre as bactérias, e a pesquisa na última década mostrou que os micróbios também podem transferir seu DNA para hospedeiros multicelulares. Um dos exemplos mais bem estudados de LGT entre micróbios e animais é a transferência de DNA de uma Wolbachia intracelular endo-simbionte para seu hospedeiro Drosophila.
See full infographic: WEB | PDF© EVAN OTO/SCIENCE SOURCEBacteria are a genomically promiscuous bunch., Eles não se reproduzem sexualmente, mas estão entre as espécies mais geneticamente variadas, porque eles estão constantemente trocando bits de seu código genético via LGT. A sua diversidade permitiu-lhes adaptar-se a cada nicho ecológico do planeta, desde as fontes hidrotermais de alto mar até aos lagos congelados da Antárctida, desde fendas rochosas até aos nossos próprios intestinos., A LGT entre bactérias tem sido categorizada como transformação por DNA livre (material genético é liberado no ambiente por bactérias e tomado por micróbios vivos, como no experimento de Griffith), transdução por vírus, e transferência celular direta através da conjugação.os mecanismos de transferência de bactérias para outros organismos são menos claros, mas provavelmente semelhantes. O sistema de secreção tipo IV da bactéria é uma proteína parecida com uma seringa conhecida por injectar moléculas de bactérias em suas células hospedeiras através do contato célula-célula., É um importante mediador da LGT entre Agrobacterium e plantas na natureza, bem como no laboratório, onde ele pode ser usado para criar culturas geneticamente modificadas e pode até mesmo mediar a transferência entre Agrobacterium e células humanas. Usando sequenciamento completo do genoma, pesquisadores descobriram que os genomas de numerosos insetos e vermes do nemátodo às vezes contêm DNA de micróbios que habitam ou infectam seus corpos. Algumas espécies contêm vastas matrizes de DNA Endossimbionte Wolbachia, por exemplo-até muitas cópias completas do genoma bacteriano. (Ver ilustração.,)
estes LGTs grandes podem ser quase idênticos em sequência ao genoma endossimbionte, sugerindo que eles aconteceram muito recentemente. Algumas espécies de insetos transportam restos de transferências de genes muito mais antigas que eram benéficas para as espécies receptoras e foram selecionadas ao longo do tempo. O Borer de bagas de café, por exemplo, cooptou um gene de mananase bacteriana que lhe permite comer bagas de café.1 os genes de mananase bacteriana Coopted também podem estar subjacentes à destruição de culturas causada pelo inseto fedorento castanho invasivo.,2 e os pulgões sintetizam seus próprios carotenóides usando genes transferidos de fungos para produzir uma aparência colorida importante para a defesa.3 como mais exemplos de LGT entre diversos organismos aparecem na literatura, é natural focar no ângulo humano. Isso ocorre em nós, e em caso afirmativo, com que frequência, e quais são as consequências?
LGT em seres humanos
a extensão e A importância da LGT em animais vertebrados é menos clara, em parte porque menos de seus genomas foram seqüenciados, e/ou analisados com métodos adequados, em relação aos invertebrados., Uma espécie vertebrada cujo genoma foi extensivamente estudado-os seres humanos-apresentou evidências sólidas de antigos eventos LGT.
em 2001, a primeira sequência de rascunhos do genoma humano foi sugerida para ter 223 regiões derivadas de LGT que não estavam presentes nos genomas de outras espécies que tinham sido sequenciadas naquela época.4 Alguns pesquisadores rapidamente contestaram este número como uma sobrestimação, mesmo sugerindo que todos os LGTs propostos foram mais provavelmente explicados através de mecanismos alternativos como perda de genes ou evolução convergente.,5 Uma nova análise publicada no ano passado por Alastair Nítida da Universidade de Cambridge, e colegas descobriram mais de 130 vestígios de possíveis LGT eventos no genoma humano—incluindo a presença de fungos ácido hialurônico synthases, uma massa de gordura e a obesidade associada (gene FTO), e o gene responsável pela tipos de sangue (ABO). Mas a maioria, se não todos, dos eventos identificados antecede as linhagens humanas e primatas e foram identificados porque os pesquisadores optaram por não limitar os resultados aos LGTs que existem apenas em seres humanos e não em outras espécies animais.,6
para que um gene não-humano apareça nos genomas de muitas pessoas, no entanto, a LGT precisa ocorrer na linha germinal para que possa ser passado para as gerações futuras; e tem que conferir algum benefício ao hospedeiro. Tais LGTs podem ser raros, porque os seres humanos não podem experimentar uma forte seleção para novas funções em nosso genoma, e porque nossas células germinais são pensadas para ser protegidas de outros organismos e seu DNA. No entanto, a LGT pode ser possível no genoma humano somático; tais mutações insercionais seriam muito difíceis de detectar, porém, sem sequenciar um grande número de células humanas.,
estudos sugerem que os eventos LGT podem e podem ocorrer em tecidos humanos, talvez com consequências devastadoras.
Uma vez que eles estão presentes no genoma somático humano, não é difícil imaginar como as inserções LGT podem causar a doença. Na verdade, embora a evidência definitiva de recente LGT em seres humanos ainda está faltando, existem outros tipos de transferência de DNA que são bem conhecidos por ter impacto negativo nos seres humanos. Por exemplo, o papilomavírus humano (HPV) é a causa de 80% a 100% dos cancros do colo do útero., O vírus pode integrar-se nos cromossomas das células cervicais, e se a integração for incompleta, certas proteínas do HPV podem tornar-se não regulamentadas, levando à interrupção da apoptose, ao aumento da proliferação celular e, em última análise, ao cancro. Da mesma forma, o vírus da hepatite B (VHB) causa câncer hepatocelular e foi encontrado para inserir seu DNA em hepatócitos infectados à medida que as células regeneram. O HBV integra de forma recorrente o seu gene potenciador viral e o seu gene central em genes relacionados com o cancro, causando um aumento do crescimento celular e da sobrevivência, duas características marcantes do cancro.,7
dado o risco conhecido de tais integrações, temos focado em identificar LGT de DNA bacteriano no genoma humano. Sabíamos que precisávamos olhar para os dados de um grande número de indivíduos, então contamos com dados de seqüência humana publicamente disponíveis dos projetos originais do genoma humano público e privado e do projeto 1000 genomas. Nós rapidamente percebemos que se um LGT acontecesse em uma célula terminalmente diferenciada que já não replicasse seu DNA, ele existiria em apenas uma cópia, e nós nunca seríamos capazes de distingui-lo do ruído durante a sequenciação. Então, virámo-nos para tumores., Nós pensamos que, se uma inserção ocorrer em uma célula progenitora do tumor, ele deve ser propagado no tumor e ser detectado várias vezes.analisámos os dados da sequência do genoma de nove tipos diferentes de tumores de Projectos do Atlas do genoma do cancro e utilizámos ferramentas bioinformáticas para identificar potenciais integrações de ADN. Em resultados publicados em 2013, encontramos sequências de espécies de Acinetobacter em amostras de leucemia mielóide aguda (LMA) e de espécies de Pseudomonas em amostras de adenocarcinoma do estômago (STAD). Houve inserções recorrentes em genes relacionados com o cancro nas amostras da STAD.,8
em ambas as amostras de câncer de LMA e de STAD, apenas identificamos evidências de fragmentos bacterianos de 16S e 23S de rRNA integrando-se no genoma humano. Karsten Sieber, então um estudante de pós-graduação no laboratório Dunning Hotopp, criou modelos das integrações de STAD em genes relacionados ao câncer e observou que essas peças dos genes rRNA contêm estruturas secundárias que formam numerosos laços de caule, ou laços de gancho de cabelo. Estas integrações ocorrem na região 5′-não traduzida (5 ‘ -UTR) dos genes relacionados ao câncer, o que significa que eles são transcritos, mas não traduzidos., The stem-loops predicted in the inserted rRNA gene fragments could alter the secondary structures of the transcripts, thereby disrupting transcription and/or translation. Também notamos que as integrações putativas de STAD ocorrem em regiões ricas em G dos genes relacionados ao câncer, o que também pode ser importante para a regulação de genes.Carcinogénese causada por LGT? Se o ADN for transferido de bactérias residentes para células somáticas humanas, a integração corre o risco de transformar células normais em células cancerosas.,© EVAN OTO / SCIENCE SOURCE
Ying Xu na Universidade da Geórgia também identificou eventos LGT em tumores humanos. A sua equipa procurou provas de material genético da bactéria Helicobacter pylori e do vírus Epstein-Barr, ambos associados ao cancro gástrico. Os pesquisadores identificaram integrações de H. pylori em 36 genes nas amostras gástricas, com mais integrações presentes nos tumores em relação aos controles.10 infecção crónica com H. pylori pode causar quebras de DNA de dupla cadeia, e as células humanas podem “curar” estas quebras de cadeia dupla através da inserção de pedaços de DNA perdido., Muitas vezes este é o DNA nuclear ou mitocondrial, mas se o DNA bacteriano está presente, incluindo o DNA de H. pylori, ele pode se tornar integrado. Estas integrações poderiam, portanto, ser um efeito colateral, e não uma causa, do câncer.
não é claro como o DNA bacteriano evade o sistema imunológico humano, que reconhece a maioria das formas de ácidos nucleicos. Mas estes estudos sugerem que os eventos LGT podem e ocorrem em tecidos humanos, talvez com consequências devastadoras. Até agora, estes são os únicos casos relatados de integrações de DNA bacteriano em cancros humanos., Se tais eventos causam câncer, e em caso afirmativo, com que frequência, permanece para ser visto.
uma estrada íngreme à frente
uma série de desafios enfrentam os investigadores que esperam avaliar a presença e o impacto das integrações de ADN bacteriano nos genomas das células humanas. Um estudo completo deste tipo ainda é caro, e depois que as amostras foram sequenciadas, são necessários recursos significativos para desenvolver, implementar e executar uma ferramenta computacional para identificar LGT.a contaminação também continua a ser uma barreira. Esta foi uma questão numa análise do genoma humano em 2001, e continua a ser um problema hoje em dia., Os kits de extracção de ADN mostraram conter ácidos nucleicos bacterianos. Contaminantes também podem ser introduzidos por meio do manuseio de amostras, a partir de reagentes e durante a sequenciação. Durante o processo de criação da biblioteca de DNA a ser sequenciada, Quimeras que se parecem com integrações de DNA bacteriano podem se formar. Com certeza, no início deste ano, pesquisadores descobriram que a extensão da LGT no genoma tardígrado foi inicialmente sobrestimada; alguns LGTs propostos provavelmente surgiram dos genomas de contaminantes bacterianos e não do próprio genoma tardígrado.,11
apesar do ceticismo de alguns cantos da comunidade científica e das dificuldades de estudar integrações de DNA bacteriano, acreditamos que os LGTs são uma forma importante de mutagênese insercional. Talvez agora que as integrações de DNA bacteriano putativo foram identificadas no câncer, mais pesquisadores vão procurar essas mutações em outras doenças. Uma integração de DNA bacteriano que ocorre em uma célula humana e leva à expressão de um composto bacteriano reconhecido pelo sistema imunológico humano tem o potencial de desencadear doença autoimune, por exemplo., Uma investigação mais aprofundada sobre a ocorrência e as consequências da LGT nas células humanas irá provavelmente revelar que o fenómeno é muito mais comum e importante do que actualmente é apreciado. Kelly Robinson é um candidato a PhD no Programa de Medicina Molecular da Universidade de Maryland, Baltimore. Julie Dunning Hotopp é uma professora associada do Instituto de Ciências do genoma na Universidade de Maryland School of Medicine.Acuña et al.,” Adaptive horizontal transfer of a bacterial gene to an invasive insect pest of coffee, ” PNAS, 109: 4197-202, 2012.P. Ioannidis et al.,, “Rapid transcriptome sequencing of an invasive pest, the brown marmorated stink bug Halyomorpha halys,” BMC Genomics, 15:738, 2014.
