Genetica bacteriana
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GENETICA BACTERIANA MICROBIOLOGIA
Venancio Esquivia Muñoz
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Genoma bacteriano
Conjunto de genes que posee una bacteria tanto en su cromosoma como en sus elementos extra cromosómicos (si los posee).
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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 extra cromosómicos como los plásmidos y
bacteriófagos siendo estos independientes del cromosoma bacteriano y pueden transmitirse de una célula a otra.
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Los genes esenciales para el crecimiento bacteriano se encuentran en el cromosoma y los plásmidos portan genes vinculados con funciones especializadas
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El ADN se sintetiza por replicación semiconservadora bidireccional. Las moléculas de ADN que contienen la
información genética necesaria para su propia replicación se llaman replicones.
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Plásmido : elemento genético extra cromosómico, constituido por ADN de doble cadena circular, puede eliminarse de la bacteria sin aparente alteración de sus características biológicas.
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Los plásmidos codifican 3 grupos de genes. Los de autorreplicación. Los 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
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Tipos de Plásmidos Plásmidos R – Resistencia a los antibióticos Ej. Staphylococcus
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Plásmidos productores de antibióticos – Ej. Streptomyces Plásmidos productores de bacteriocinas – Colicinas – Ej. Bacterias entéricas
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Plásmidos de virulencia – Enterotoxina y hemolisina Ej. Escherichia coli – Coagulasa, hemolisina y enterotoxina Ej. Staphylococcus aureus
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Episoma: Plásmidos con capacidad de integrarse en el genoma, quedando bajo su control de replicación
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REPLICACIÓN DEL ADN BACTERIANO
La replicación del ADN bacteriano se inicia en una secuencia especifica del cromosoma denominado OriC.
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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’)
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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
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No replicón : segmento de ADN que carece de origen de replicación (OriC) y solo puede replicarse si se recombina solo con un replicón
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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)
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Elementos transponibles (Transposones) La transposición es el proceso por el que
los genes se mueven de un lugar a otro en el genoma
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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)
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Las SI y los transposones llevan genes que codifican una transposasa, enzima requerida para la transposición.
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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
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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).
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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.
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El bacteriófago µ es un transposon (Tn3 ) asociado al fago de E.coli, este porta el gen para la resistencia a la ampicilina
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Al parecer Haemophilus influenzae y Neisseria gonorrheae desarrollaron resistencia por primera vez a la ampicilina cuando obtuvieron Tn3 de E.coli
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Importancia
Estos genes móviles pueden infectar plásmidos y favorecer la aparición de la resistencia a antimicrobianos en el medio hospitalario
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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 genoma de una célula a otra no suele ser total, sino parcial.
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Parte del material genético, una vez introducido en la célula receptora, sufre inmediatamente un fenómeno de recombinación con el genoma de la
donadora.
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El resto del material de la donadora o no se replica, o se ve destruido.
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La recombinación genética puede
observarse porque se transfieren fragmentos de ADN homólogo desde un cromosoma donador a una célula receptora por tres procesos:
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TRANSFORMACIÓN 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).
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Existen varios géneros con especies que
poseen sistemas naturales de transformación: Streptococcus, Bacillus, Haemophilus, Pseudomona
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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.
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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.
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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).
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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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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).
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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.
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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.
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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.
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TRANSDUCCIÓN El material genético es transportado
desde la célula donadora a la receptora por medio de un virus bacteriano (bacteriófago), que actúa como vector.
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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.
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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)
Especializada (si los fagos transfieren genes específicos).
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Existen varios géneros con especies que poseen sistemas naturales de transducción: Salmonella, E. coli.
![Page 46: Genetica bacteriana](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022052218/556b617fd8b42a280c8b4c6a/html5/thumbnails/46.jpg)
Importancia
Muchos factores de resistencia se diseminan por transducción (Gramposi- tivos). Es una herramienta útil para la
elaboración de mapas genéticos bacterianos.
![Page 47: Genetica bacteriana](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022052218/556b617fd8b42a280c8b4c6a/html5/thumbnails/47.jpg)
Bacteriófagos Son virus bacterianos. Pueden sobrevivir fuera de la célula huésped porque el
genoma (ADN o ARN) esta protegido por una capa de proteínas.
![Page 48: Genetica bacteriana](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022052218/556b617fd8b42a280c8b4c6a/html5/thumbnails/48.jpg)
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).
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El fago β de Corynebacteriun diphtheriae codifica la toxina diftérica por tanto, sólo las bacterias 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
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Así de organismos relativamente simples
como bacterias o levaduras se puede inducir a fabricar grandes cantidades de proteínas humanas (interferones e interleuquinas)
![Page 52: Genetica bacteriana](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022052218/556b617fd8b42a280c8b4c6a/html5/thumbnails/52.jpg)
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.
![Page 53: Genetica bacteriana](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022052218/556b617fd8b42a280c8b4c6a/html5/thumbnails/53.jpg)
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