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