שחלוף (ביולוגיה)

שחלוף (Recombination או Crossing-over) הוא החלפת חומר גנטי בין גדילי DNA בתוך כרומוזום. ברוב המקרים השחלוף יוצר גדיל DNA שמורכב מקטעים משני מקורות גנטיים.

יש שלושה סוגים עיקריים: רקומבינציה הומולוגית (Genetic Crossover), החלפה בין שני גדילים של אותו כרומוזום, רקומבינציה לא הומולוגית, החלפה בין כרומוזומים שונים, ו‑Gene Conversion, העתקת קטע גנטי בלי שבירה, שכיחה בבקטריות ווירוסים.

בשחלוף המיוטי הכרומוזומים ההומולוגים (זוג כרומוזומים שיש להם את אותן מיקומי גנים) נצמדים. לאחר שכפול הכרומוזומים נוצרת אפשרות לחילופי מקטעים בין כרומוזומים מקבילים. קצה ה‑5' וה‑3' (קצות השרשרת הכימית של ה‑DNA) עוברים עיבוד, קצה 3' "פולש" לכרומוזום ההומולוגי, ונוצר מבנה בצורת X שנקרא הסתעפות הולידיי (Holliday Junction). אנזים הרקומבינאז עוזר בביצוע ההחלפה.

בתאים אאוקריוטיים השחלוף משמש גם לתיקון שברים ב‑DNA. בתהליך תאי רבייה (מיוזה) הוא יוצר צירופים גנטיים חדשים שמגבירים את השונות בתלמידות האוכלוסייה.

רקומבינציה הומולוגית קיימת בכל קבוצות החיים ומשפיעה על המגוון הגנטי. סביבה כמו קרינה יכולה להשפיע על שכיחותה. החלפות גנטיות עוזרות להעביר מוטציות בין אללים (אלל = גרסה של גן) ולשנות תכונות באוכלוסייה. דוגמה בולטת היא תלסמיה: בנשאים (עם אלל אחד פגוע) יש יתרון כנגד המלריה, בעוד ששני אללים פגועים גורמים למחלה קשה.

שיבושים במנגנון הרקומבינציה מקושרים לסוגי סרטן שונים. בבקטריות, העברת גנים בשחלוף או קוניוגציה יכולה לפזר עמידות לאנטיביוטיקה בין מינים, למשל בין חיידקי מעיים לסלמונלה.

שחלופים מלאכותיים משמשים להחדרת גנים ושכפולם. טכניקות שמבוססות על רקומבינציה הומולוגית זכו בפרס נובל ב‑2007. חיסונים מודרניים כוללים אנטיגנים רקומביננטיים, ואפשר להכין חיסוני DNA/ RNA על ידי הכנסת גן ויראלי לפלסמיד שמייצר חלבון שמעורר תגובה חיסונית. שיטה זו שימשה בחיסוני קורונה.

ננוטכנולוגיית DNA משתמשת בסדר נוקלאוטידים מתוכנן כדי לבנות רשתות זעירות. חיבור אטומי זהב לרשת יכול להפוך אותה למוליך. רעיונות כאלה נבדקים כבסיס למערכות זיכרון ולמכשירים חשמליים זעירים.

שחלוף הוא החלפת חתיכות DNA בין כרומוזומים. כרומוזום הוא חבילת DNA בתא.

יש שלושה סוגים: החלפה בין כרומוזומים דומים, החלפה בין כרומוזומים שונים, והעתקה של קטע בלי שבירה.

בתאי הרבייה (תאי מין) הכרומוזומים יושבים זה ליד זה. קטעים מה‑DNA עוברים ממקום למקום. נוצרת צורה בצורת X שנקראת הסתעפות הולידיי. אנזים מיוחד עוזר בתהליך.

השחלוף יוצר מגוון גנטי. מגוון מאפשר לאורגניזמים להסתגל לסביבה.
חלק מהשינויים הגנטיים יכולים לעזור להימנע ממחלות, אך גם לגרום לבעיות אם שני העותקים של הגן פגועים.

חיידקים יכולים להעביר גנים של עמידות לאנטיביוטיקות זה לזה. בביו‑טכנולוגיה משתמשים בשחלוף כדי להכין חיסונים. בחיסוני DNA שמים חתיכת DNA בתא כדי לגרום לייצור חלבון שמפעיל את המערכת החיסונית.

מדענים בונים רשתות קטנות מאוד מ‑DNA. אפשר לחבר לזה זהב כדי להעביר חשמל. חוקרים מנסים ליצור מכשירים קטנים בעזרת זה.