Genetica Bacteriana

GENETICA BACTERIANA MICROBIOLOGIA 2004 M.Sc Martha Flórez Flores

• Para que se exprese la información es necesario 3 macromoléculas: ¾ADN (material genético de la bacteria) ¾ARN (mensajero, ribosómico y de transferencia). ¾Polipéptido ( la proteína- el producto final)

• La reproducción bacteriana se realiza asexualmente (fisión binaria) precedida por una duplicación de ADN y una separación de las dos moléculas.

• DNA (transcripción)(transcripción)--->RNA -->RNA (transducció (transducción) ---> ---> Proteí 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).

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• 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. bidireccional. Las moléculas de ADN que contienen la información genética necesaria para su propia replicación se llaman replicones.

Plásmido: elemento genético Plásmido: 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. ¾Los de autorreplicación ¾Los responsables de sus caracteres fenotípicos (resistencia antibiótica, antisépticos, producción de toxinas, etc.) ¾Los que intervienen en su transferencia, formación de los pili y proteínas asociadas.

Tipos de Plasmidos • Plásmidos R

– Resistencia a los antibióticos • Ej. Staphylococcus

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• Plásmidos productores de antibióticos – Ej. Streptomyces

• Plásmidos bacteriocinas

productores

de

– Colicinas – Ej. Bacterias entéricas

• Episoma: Episoma: Plasmidos con capacidad de integrarse en el genoma, quedando bajo su control de replicación.

• La replicación del ADN bacteriano se inicia en una secuencia especifica del cromosoma denominado OriC. OriC.

• Plásmidos de virulencia

– Enterotoxina y hemolisina • Ej. Escherichia coli

– Coagulasa, hemolisina y enterotoxina • Ej. Staphylococcus aureus

REPLICACIÓN DEL ADN BACTERIANO

• El proceso de replicación exige de muchas enzimas como:

¾ Helicasa (desenrolla el ADN) ¾ Primasa (sintetiza los cebadores que inician el proceso). ¾ ADN polimerasas (que copian el ADN en dirección 5’a 3’)

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• Las bacterias tienen 2 tipos de ADN: replicones y no replicones. ¾Replicón: Segmento de ADN que puede replicarse de manera autónoma por que tiene un origen de replicación como el OriC. El cromosoma, plásmidos y bacteriófagos son replicones

¾ No replicón: replicón: segmento de ADN que carece de origen de replicación (OriC (OriC)) y solo puede replicarse si se recombina con un replicón.

Elementos transponibles (Transposones) • 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).

• La transposición de genes está ligada a la presencia de elementos genéticos especiales llamados elementos transponibles: – Secuencias de inserción (SI) – Transposones complejos – Transposones asociados (Bacteriófago µ)

a

• La transposición es el proceso por el que los genes se mueven de un lugar a otro en el genoma.

• Las SI y los transposones llevan genes que codifican una transposasa, transposasa, enzima requerida para la transposición.

fagos

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• 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 (“genes saltarines”) 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 (Tn3)) asociado al fago de E.coli, este porta el gen para la resistencia a la ampicilina.

Importancia • Al parecer Haemophilus influenzae y Neisseria gonorrhoeae desarrollaron resistencia por primera vez a la ampicilina cuando obtuvieron Tn3 de E.coli

• Estos genes móviles pueden infectar plásmidos y favorecer la aparición de la resistencia a antimicrobianos en el medio hospitalario

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Mecanismo

INTERCAMBIO GENÉTICO EN LAS BACTERIAS

• Parte del material genético, una vez introducido en la célula receptora, sufre inmediatamente un fenómeno de recombinación con el genomio de la receptora.

• El intercambio es unidireccional, 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.

• El resto del material de la donadora o no se replica, o se ve destruido.

TRANSFORMACIÓN • 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:

• Captación y asimilación de ADN libre (desnudo), a partir del medio, por parte de una célula receptora.

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• 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). (péptido).

• Existen varios géneros con especies que poseen sistemas naturales de transformación: • Streptococcus, Bacillus, Haemophilus, Pseudomona.

Importancia Transfección • Es el proceso por el cual las bacterias se pueden transformar con ADN extraído de un bacteriófago o plásmido en vez de ADN cromosómico.

• Se puede inducir a las bacterias para que acepten genes eucariotas divididos 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, 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 pili sexual (Gram negativas).

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Tipos de conjugación • 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 los genes necesarios para su propia transferencia).

Que se producen por: 1. Transferencia de genes de plásmidos. 2. Transferencia de genes cromosómicos. 3. Transferencia de genes de plásmidos y cromosómicos.

Importancia • Aunque por regla general la conjugación tienen lugar entre miembros de la misma especie, especie, también se ha demostrado que ocurre entre bacterias y células vegetales, animales y hongos.

• 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. transcripción.

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• 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). 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 positivos). • Es una herramienta útil para la elaboración de mapas genéticos bacterianos.

• Los fagos se diferencian en base a su modo de propagación en líticos y lisogénicos. lisogénicos. Los fagos líticos producen muchas copias de sí mismos conforme destruyen a la célula huésped (Ej. fago T4 de Escherichia coli).

Bacteriófagos • Son virus bacterianos. Pueden sobrevivir fuera de la célula huésped porque el genoma (ADN o ARN) esta protegido por una capa de proteínas.

• El fago β de Corynebacterium diphtheriae codifica la toxina difté diftérica, por tanto, só sólo las bacterias lisogé lisogénicas son capaces de producir la difteria.

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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.

• 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. vacunas.

• Así de organismos relativamente simples como bacterias o levaduras se puede inducir a fabricar grandes cantidades de proteínas humanas (interferones e interleuquinas. interleuquinas.

APLICACIONES PRACTICAS • Fermentaciones microbianas – Antibióticos

• Vacunas virales – Hepatitis B

• Proteínas – Insulina

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• Regulación y terapia génica – Interferón

• Clonación • Vegetales y animales transgénicos • Biodegradación de desechos tóxicos

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