Nicht alle unsere Gene stammen von unseren Vorfahren ab - manche sind "fremd", sagt eine neue Studie

Wissenschaftler haben weitere Hinweise darauf gefunden, dass die Evolution ein flüssigerer Prozess sein kann als wir glauben. In einer neuen Studie in der Zeitschrift veröffentlicht Genom-Biologiebeschreibt ein Team, wie sie einige Gene in Menschen und anderen Tieren gefunden haben, die nicht vertikal von Vorfahren, sondern horizontal von zusammenlebenden Mikroorganismen in das Genom gelangten.
Die Forscher fanden fast 150 Gene im menschlichen Genom, die nicht von unseren Vorfahren stammten, sondern durch horizontalen Transfer von Donor-Spezies wie Bakterien.

Die traditionelle Sicht der Evolution ist, dass der Überlebenskampf beeinflusst, wie die Gene einzelner Organismen durch Darwins natürliche Selektion an neue Generationen weitergegeben werden.

Und eine Annahme in dieser Hinsicht ist, dass nur das Genpaket des Organismus - das Genom des Individuums - sich unter diesem Druck verändert und den "Wettbewerbsvorteil" an zukünftige Generationen in Form von Mutationen weitergibt.

Aber neuere Entdeckungen - besonders mit zusammenlebenden Arten - beginnen, diese Sichtweise in Frage zu stellen, und legen nahe, dass die Grenzen dessen, was Gene in der Evolution weitergegeben werden, nicht so klar sind, wie wir vielleicht denken.

Zum Beispiel in der Zeitschrift Wissenschaft im Juli 2013 zeigen Wissenschaftler der Vanderbilt University in Nashville, TN - nach dem Studium der Wespen und ihrer Darmmikroben -, dass nicht nur der Wirtsorganismus, sondern auch der Wirt mit seinem Mikrobiom sich entwickelt.

"Fremd" -Gene können über horizontale Übertragung "seitlich" in Tiergenome gelangen

Und jetzt schlägt eine neue Studie der Universität Cambridge in Großbritannien vor, dass "fremde" Gene "horizontal" in das Genom von Menschen und anderen Tieren gelangen können - durch horizontalen Transfer von Mikroorganismen, die in derselben Umgebung leben.

Die Forscher zeigen nicht nur, dass dies in der Vergangenheit passiert ist, sondern dass der Prozess in einigen Linien noch weitergeht.

Der horizontale Gentransfer als eine Quelle des Wettbewerbsvorteils ist keine neue Idee - es gibt viele Beweise, dass dies in Bakterien und anderen Mikroorganismen geschieht. Zum Beispiel ist es bekannt, dass diese Art von Gen-Swapping ein Treiber für Antibiotikaresistenz ist.

Gene-Swapping spielt vermutlich auch eine Rolle in der Evolution einiger Tiere. Nematodenwürmer beispielsweise haben Gene aus Mikroorganismen und Pflanzen erworben. Es gibt Käfer, die dank der Gene, die ihre Vorfahren aus Bakterien gewonnen haben, die Kaffeebohnen verdauen können.

Aber die Vorstellung, dass der horizontale Gentransfer bei komplexeren Tieren wie Menschen und Primaten stattfindet, ist umstrittener.

Die Erstautorin der neuen Studie, Alastair Crisp, von der Abteilung für Chemieingenieurwesen und Biotechnologie in Cambridge, sagt, dass dies die erste Studie ist, die zeigt, dass horizontaler Gentransfer bei Tieren und Menschen weit verbreitet ist und Dutzende oder Hunderte von aktiven "fremden" Genen entstehen .

Er stellt fest, dass der horizontale Gentransfer "bei weitem nicht selten ist, sondern zur Entwicklung vieler, vielleicht aller Tiere beigetragen hat und dass der Prozess noch andauert".

"Wir müssen möglicherweise neu bewerten, wie wir über die Evolution denken", fügt er hinzu.

Fast 150 menschliche Gene wurden durch horizontalen Transfer von anderen Spezies gewonnen

Für ihre Studie untersuchte das Team die Genome von vier Arten von Nematodenwurm, 12 Arten von Fruchtfliegen und 10 Arten von Primaten, einschließlich Menschen.

Sie verglichen, wie gut die Gene in jedem Genom einer Spezies mit ähnlichen Genen in den Genomen der anderen Spezies übereinstimmten. Daraus konnten sie abschätzen, wie wahrscheinlich sie ausländischen Ursprungs waren und wie lange sie noch erworben wurden.

Sie fanden 17 bisher bekannte Gene beim Menschen, die durch horizontale Übertragung erworben wurden, und identifizierten weitere 128, die nicht bekannt waren.

Eines der Gene - das ABO-Gen, das die Blutgruppe bestimmt - wurde bestätigt, dass es von Wirbeltieren aus dem horizontalen Gentransfer übernommen wurde. Die meisten Gene waren mit Enzymen verwandt, die am Stoffwechsel beteiligt sind.

Einige der Gene, von denen angenommen wird, dass sie durch horizontalen Transfer in das menschliche Genom gelangt sind, sind am Metabolismus von Fettmolekülen und Aminosäuren beteiligt, an verschiedenen Immunprozessen, Proteinmodifikationen und antioxidativen Aktivitäten.

Bakterien gehören zu den häufigsten Spendern von horizontal übertragenen Genen

Das Team identifizierte auch, wo die horizontal übertragenen Gene herkamen. Die häufigsten Spender waren Bakterien und eine andere Art von Mikroorganismen, die sogenannten Protisten. Andere Gene kamen von Pilzen und sie fanden auch, dass Viren mehr als 50 Gene an Primaten gespendet hatten.

Ihre Analysen deuten darauf hin, dass Fruchtfliegen und Nematoden während ihrer Evolution weiterhin über horizontale Transfers fremde Gene aufgenommen haben, während Menschen und andere Primaten seit ihrem gemeinsamen Vorfahren relativ wenig gewonnen haben.

Die Autoren sagen jedoch auch, dass sie das wahre Ausmaß des horizontalen Gentransfers bei Tieren unterschätzt haben und dass der Transfer zwischen komplexen Organismen ebenfalls plausibel ist und bereits in einigen Wirt-Parasiten-Beziehungen bekannt ist.

Sie stellen fest, dass ihre Studie auch weitreichende Auswirkungen auf die Genomsequenzierungsforschung hat. Beispielsweise schließen viele Studien den Nachweis bakterieller Gene aus den Ergebnissen aus, da die Forscher annehmen, dass sie durch Kontamination dorthin gelangt sind.

Co-Autorin Dr. Chiara Boschetti, ebenfalls vom Department für Chemische Technik und Biotechnologie in Cambridge, erklärt:

"Es ist wichtig, bei der Genomsequenzierung nach Kontaminationen zu suchen, aber unsere Studie zeigt, dass wir das Potenzial von bakteriellen Sequenzen, die einen echten Teil des Genoms eines Tieres aus dem horizontalen Gentransfer darstellen, nicht ignorieren sollten."

Der Europäische Forschungsrat hat die Studie finanziert.

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