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GENETICA BACTERIANAMICROBIOLOGIA 2004
M.Sc Martha Flórez Flores
La reproducción bacteriana se realiza
asexualmente (fisión binaria) precedida por una duplicación de ADN y una separación de las dos moléculas.
Para que se exprese la información es
necesario 3 macromoléculas:ADN (material genético de la bacteria)ARN (mensajero, ribosómico y de
transferencia).Polipéptido ( la proteína- el producto
final)
DNA (transcripción) RNA
(transducción) Proteína
Genoma bacteriano
Conjunto de genes que posee una bacteria tanto en su cromosoma como en sus elementos extracromosómicos (si los posee).
El cromosoma bacteriano consta de una
sola molécula circular de ADN de doble cadena (5 millones de pares de bases).
• Las bacterias pueden contener elementos extracromosómicos como los plásmidos y bacteriófagos siendo estos independientes del cromosoma bacteriano y pueden transmitirse de una célula a otra.
• Los genes esenciales para el crecimiento bacteriano se encuentran en el cromosoma y los plásmidos portan genes vinculados con funciones especializadas.
El ADN se sintetiza por replicación
semiconservadora y bidireccional. Las moléculas de ADN que contienen la información genética necesaria para su propia replicación se llaman replicones.
Plásmido : elemento genético extracromosomico, constituido por ADN
de doble cadena circular, puede eliminarse de la bacteria sin aparente alteración de sus características biológicas.
Los plásmidos codifican 3 grupos de genes. Los de autorreplicaciónLos responsables de sus caracteres
fenotípicos (resistencia antibiótica, antisépticos, producción de toxinas, etc.)
Los que intervienen en su transferencia,
formación de los pili y proteínas asociadas.
Tipos de Plasmidos
Plásmidos R
– Resistencia a los antibióticos
Ej. Staphylococcus
Plásmidos productores de antibióticos
– Ej. Streptomyces
Plásmidos productores de bacteriocinas
– Colicinas
– Ej. Bacterias entéricas
Plásmidos de virulencia
– Enterotoxina y hemolisina
Ej. Escherichia coli
– Coagulasa, hemolisina y enterotoxina
Ej. Staphylococcus aureus
Episoma: Plasmidos con capacidad de
integrarse en el genoma, quedando bajo
su control de replicación.
REPLICACIÓN DEL ADN BACTERIANO
La replicación del ADN bacteriano se inicia
en una secuencia especifica del
cromosoma denominado denominado Ori C.
El proceso de replicación exige de muchas enzimas como:
Helicasa (desenrolla el ADN)
Primasa (sintetiza los cebadores que inician el proceso).
ADN polimerasas (que copian el ADN en
dirección 5’a 3’)
Las bacterias tienen 2 tipos de ADN:
replicones y no replicones.
Replicón: Segmento de ADN que puede
replicarse de manera autónoma por que
tiene un origen de replicación como el Ori C.
El cromosoma, plásmidos y bacteriófagos
son replicones
No replicón : segmento de ADN que carece
de origen de replicación (OriC) y solo puede
replicarse si se recombina solo con un
replicón.
Los operones son grupos de uno o más
genes estructurales que codifican enzimas
de una vía específica, regulados de una
forma coordinada (Ej. operón lac de
Escherichia coli).
Elementos transponibles(Transposones)
La transposición es el proceso por el que
los genes se mueven de un lugar a otro
en el genoma.
La transposición de genes está ligada a la presencia de elementos genéticos especiales llamados elementos
transponibles:
– Secuencias de inserción (SI)
– Transposones complejos
– Transposones asociados a fagos (Bacteriófago µ)
Las SI y los transposones llevan genes que
codifican una transposasa, enzima
requerida para la transposición.
Las SI son el tipo más simple y no llevan
otra información genética que la requerida
para desplazarse a nuevos lugares. Se
encuentran tanto en el ADN cromosómico
como plasmídico, así como en ciertos
bacteriófagos
Los transposones complejos “genes
saltarines” son más largos que las SI y
llevan otros genes, algunos de los cuales
confieren importantes propiedades al
organismo que los lleva (Ej. resistencia a
los fármacos).
Los transposones tienen genes que les
permiten no solo moverse de un sitio a otro
del genoma bacteriano sino también
transferirse de una bacteria a otra.
El bacteriófago µ es un transposon (Tn3 ) asociado al fago de E.coli, este porta el gen para la resistencia a la ampicilina.
Al parecer Haemophilus influenzae y
Neisseria gonorrhoeae desarrollaron
resistencia por primera vez a la ampicilina
cuando obtuvieron Tn3 de E.coli
Importancia
Estos genes móviles pueden infectar
plásmidos y favorecer la aparición de la
resistencia a antimicrobianos en el medio
hospitalario
INTERCAMBIO GENÉTICO EN LAS BACTERIAS
Mecanismo
El intercambio es unidireccional, es decir,
tiene una determinada polaridad, existiendo
células donadoras y células receptoras.
El intercambio del genomio de una célula a
otra no suele ser total, sino parcial.
Parte del material genético, una vez
introducido en la célula receptora, sufre
inmediatamente un fenómeno de
recombinación con el genomio de la
receptora.
El resto del material de la donadora o no
se replica, o se ve destruido.
La recombinación genética puede
observarse porque se transfieren
fragmentos de ADN homólogo desde un
cromosoma donador a una célula
receptora por uno de estos tres procesos:
TRANSFORMACIÓN
Captación y asimilación de ADN libre
(desnudo), a partir del medio, por parte de
una célula receptora.
La bacteria capaz de asimilar ese ADN se denomina “transformable”. La capacidad de las bacterias a transformarse se conoce como competencia y depende de la presencia de un factor de competencia (péptido).
Existen varios géneros con especies que poseen
sistemas naturales de transformación:
Streptococcus, Bacillus, Haemophilus,
Pseudomona.
Transfección
Es el proceso por el cual las bacterias se
pueden transformar con ADN extraído de un
de un bacteriófago o plásmido en vez de
ADN cromosómico.
Importancia
Se puede inducir a las bacterias para que acepten genes eucariotas divididos que dentro de plásmidos y como resultado las bacterias transformadas son capaces de sintetizar proteínas humanas.
CONJUGACIÓN
Transferencia directa de material genético, promovida por un plásmido, desde una célula donadora a otra receptora, por medio de contactos íntimos entre ambas (puentes de unión o conjugados).
La conjugación produce la transferencia
unidireccional de ADN desde una célula donadora hasta una célula receptora a
través del llamado través del llamado pili sexual (Gram negativas).
El tipo de acoplamiento depende de la presencia (en la célula donadora) o ausencia (en la célula receptora) de un plásmido conjugado (portador de todos genes necesarios para su propia los transferencia).
Tipos de conjugación
Que se producen por:
1. Transferencia de genes de plásmidos.
2. Transferencia de genes cromosómicos.
3. Transferencia de genes de plásmidos y cromosómicos.
Aunque por regla general la conjugación tienen lugar entre miembros de la misma misma especie, también se ha demostrado que, ocurre entre bacterias y células vegetales, animales y hongos.
Importancia
Es una herramienta útil para la elaboración de mapas genéticos bacterianos. En el curso de la conjugación, los genes son transmitidos en forma consecutiva, a velocidad constante y siempre en el mismo orden relativo.
TRANSDUCCIÓN
El material genético es transportado desde la célula donadora a la receptora por medio de un virus bacteriano (bacteriófago), que actúa como vector.
La integración de un fago al genoma bacteriano es en regiones predeterminadas o al azar, en ambos casos hay interrupción de la lectura del ADN bacteriano en el sentido de la transcripción.
Existen 2 tipos de transducción:
Generalizada (si los fagos transfieren genes con secuencias aleatorias a causa de un almacenamiento accidental del ADN del huésped) o Especializada (si los fagos transfieren genes específicos).
Existen varios géneros con especies que
poseen sistemas naturales de transducción:
Salmonella, E. coli.
Importancia
Muchos factores de resistencia se diseminan por transducción (Gram posi-tivos).
Es una herramienta útil para la elabo-ración de mapas genéticos bacterianos.
Bacteriófagos
Son virus bacterianos. Pueden sobrevivir
fuera de la célula huésped porque el genoma (ADN o ARN) esta protegido por una capa de proteínas.
Los fagos se diferencian en base a su modo de propagación en líticos y lisogénicos. Los fagos líticos producen muchas copias de sí mismos conforme destruyen a la célula huésped (Ej. Fago T4 de Escherichia coli).
El fago β de Corynebacterium diphtheriae codifica la toxina diftérica por tanto, sólo las bacterias lisogénicas son capaces de producir la difteria.
APLICACIONES MÉDICAS
La ingeniería genética (biotecnología de
la genética bacteriana) permite arrancar genes (segmentos de ADN) de un tipo de organismo y combinarlos con los genes
de un segundo organismo.
Así de organismos relativamente simples
como bacterias o levaduras se puede
inducir a fabricar grandes cantidades
de proteínas humanas (interferones e
interleuquinas)
Ellos pueden fabricar también proteínas de agentes infecciosos tales como el virus de la hepatitis o el virus del SIDA, para su uso en vacunas.
APLICACIONES PRACTICAS
Fermentaciones microbianas
– Antibióticos Vacunas virales
– Hepatitis B Proteínas
– Insulina
Regulación y terapia génica
– Interferón Clonación Vegetales y animales transgénicos Biodegradación de desechos tóxicos
