GENETICA BACTERIANAGENETICA BACTERIANA

Genética BacterianaGenética Bacteriana

La información genética de las bacterias se encuentra contenida en La información genética de las bacterias se encuentra contenida en la secuencia de nucleótidos del ADN cromosómico. Las la secuencia de nucleótidos del ADN cromosómico. Las modificaciones que pueden aparecer en los caracteres bacterianos modificaciones que pueden aparecer en los caracteres bacterianos pueden afectar a su fenotipo (adaptaciones condicionadas por el pueden afectar a su fenotipo (adaptaciones condicionadas por el ambiente) o a su genotipo (mutaciones y fenómenos de ambiente) o a su genotipo (mutaciones y fenómenos de transferencia genética). Las variaciones fenotípicas son transferencia genética). Las variaciones fenotípicas son modificaciones debidas a cambios ambientales, sin relación con el modificaciones debidas a cambios ambientales, sin relación con el genoma, y no son transmisibles hereditariamente.genoma, y no son transmisibles hereditariamente.Por ejemplo:Por ejemplo:El material genético de una bacteria típica, la El material genético de una bacteria típica, la Escherichia coliEscherichia coli, , consiste en una sola molécula circular de DNA, con un peso consiste en una sola molécula circular de DNA, con un peso molecular aproximado de 2 x 10molecular aproximado de 2 x 1099, y alrededor de 5 x 10, y alrededor de 5 x 1066 pares de pares de bases. Esta cantidad de información genética puede codificar bases. Esta cantidad de información genética puede codificar cerca de 200 proteínas con peso molecular promedio de 50000. El cerca de 200 proteínas con peso molecular promedio de 50000. El DNA del microorganismo de vida libre más pequeño, la bacteria DNA del microorganismo de vida libre más pequeño, la bacteria MycoplasmaMycoplasma carente de pared, tiene un peso molecular de 5 x 10 carente de pared, tiene un peso molecular de 5 x 1088. . Nótese que las bacterias son haploides, ya que sólo poseen un Nótese que las bacterias son haploides, ya que sólo poseen un cromosoma, al contrario de las células humanas, que son diploides.cromosoma, al contrario de las células humanas, que son diploides.

MutacionesMutaciones

Son cambios espontáneos, irreversibles y hereditarios de un Son cambios espontáneos, irreversibles y hereditarios de un carácter de la bacteria y no dependientes de la incorporación de carácter de la bacteria y no dependientes de la incorporación de material genético de otro organismo. En una colonia casi siempre material genético de otro organismo. En una colonia casi siempre se produce alguna mutación: la bacteria con las propiedades se produce alguna mutación: la bacteria con las propiedades originales se denomina salvaje y la que varía con respecto a ella, originales se denomina salvaje y la que varía con respecto a ella, mutante.mutante.Bioquímicamente son alteraciones en la secuencia de nucleótidos Bioquímicamente son alteraciones en la secuencia de nucleótidos del ADN cromosómico o extracromosómico, lo que lleva a la del ADN cromosómico o extracromosómico, lo que lleva a la producción de proteínas que tienen alterada su secuencia de producción de proteínas que tienen alterada su secuencia de aminoádicos y pueden influir en la función a la que se destinan.aminoádicos y pueden influir en la función a la que se destinan.Las mutaciones se caracterizan por:Las mutaciones se caracterizan por:Baja frecuenciaBaja frecuencia: una colonia bacteriana contiene una pequeña : una colonia bacteriana contiene una pequeña proporción de mutantes.proporción de mutantes.EspecificidadEspecificidad: cada mutación afecta normalmente a un carácter : cada mutación afecta normalmente a un carácter determinado. Si se produce en un solo nucleótido de llama puntual.determinado. Si se produce en un solo nucleótido de llama puntual.EstabilidadEstabilidad: son hereditarias. Sólo se revierten por otra mutación.: son hereditarias. Sólo se revierten por otra mutación.EspontaneidadEspontaneidad: la mutación se produce de forma independiente a : la mutación se produce de forma independiente a las características que codifica el gen mutado.las características que codifica el gen mutado.

MutacionesMutaciones

Las mutaciones son cambios en la secuencia de bases del DNA Las mutaciones son cambios en la secuencia de bases del DNA los cuales, por lo general, conducen a la inserción de un los cuales, por lo general, conducen a la inserción de un aminoácido diferente en una proteína y a la alteración del aminoácido diferente en una proteína y a la alteración del fenotipo.fenotipo.

Las mutaciones pueden ser incrementadas por los agente Las mutaciones pueden ser incrementadas por los agente mutágenos, como son las radiaciones UVA o ionizantes, mutágenos, como son las radiaciones UVA o ionizantes, factores antineoplásicos, agentes alquilantes.factores antineoplásicos, agentes alquilantes.

Cuando una mutación coincide con un tratamiento antibiótico, Cuando una mutación coincide con un tratamiento antibiótico, puede afectar al tratamiento, de forma que haya una bacteria puede afectar al tratamiento, de forma que haya una bacteria resistente al antibiótico y se multiplique.resistente al antibiótico y se multiplique.

Las mutaciones puntuales se producen por sustitución, Las mutaciones puntuales se producen por sustitución, inserción, adición o pérdida de un nucleótido.inserción, adición o pérdida de un nucleótido.

MutacionesMutaciones

Las mutaciones se deben a tres tipos de cambios moleculares:Las mutaciones se deben a tres tipos de cambios moleculares:

1)1) Sustitución de basesSustitución de bases: Consiste en la inserción de una base en : Consiste en la inserción de una base en lugar de otra. Tiene lugar al momento de la replicación del DNA, lugar de otra. Tiene lugar al momento de la replicación del DNA, ya sea porque el DNA polimerasa comete un error o debido a ya sea porque el DNA polimerasa comete un error o debido a que un mutágeno altera los puentes de hidrógeno de la tira que que un mutágeno altera los puentes de hidrógeno de la tira que está usando como molde, de modo que se inserta una base está usando como molde, de modo que se inserta una base errónea.errónea.

2)2) Mutación por desplazamiento del ordenMutación por desplazamiento del orden: Tiene lugar cuando uno : Tiene lugar cuando uno o más pares de bases se agregan o suprimen, lo cual desplaza o más pares de bases se agregan o suprimen, lo cual desplaza el marco de lectura sobre el ribosoma y conlleva la incorporación el marco de lectura sobre el ribosoma y conlleva la incorporación de aminoácidos erróneos “corriente abajo” de la mutación y a la de aminoácidos erróneos “corriente abajo” de la mutación y a la producción de una proteína inactiva.producción de una proteína inactiva.

3)3) El tercer tipo de mutación ocurre cuando los transposones o las El tercer tipo de mutación ocurre cuando los transposones o las secuencias de inserciónsecuencias de inserción: se integran en el DNA. Estos : se integran en el DNA. Estos fragmentos nuevos de DNA insertados pueden causar cambios fragmentos nuevos de DNA insertados pueden causar cambios profundos en los genes donde se insertan y en genes profundos en los genes donde se insertan y en genes adyacentes.adyacentes.

Fenómenos de transferencia genéticaFenómenos de transferencia genética

Procedimiento por el que una bacteria adquiere genes que antes Procedimiento por el que una bacteria adquiere genes que antes no tenía, procedentes de otra bacteria o de un virus DNA.no tenía, procedentes de otra bacteria o de un virus DNA.

La transferencia de información genética de una célula a otra La transferencia de información genética de una célula a otra puede realizarse por tres métodos: conjugación, transducción y puede realizarse por tres métodos: conjugación, transducción y transformación. Desde el punto de vista médico, la transformación. Desde el punto de vista médico, la consecuencia más importante de estos procesos es la consecuencia más importante de estos procesos es la diseminación de genes de resistencia de una bacteria a otra.diseminación de genes de resistencia de una bacteria a otra.

A)A) TransformaciónTransformación: la bacteria toma ADN exógeno procedente : la bacteria toma ADN exógeno procedente de la lisis de otra bacteria y lo integra en su cromosoma de la lisis de otra bacteria y lo integra en su cromosoma (que en ese momento se llama componente). Esta (que en ese momento se llama componente). Esta capacidad no la tienen la gran mayoría de las bacterias capacidad no la tienen la gran mayoría de las bacterias porque poseen unas endonucleasas de restricción que porque poseen unas endonucleasas de restricción que destruyen el genoma extraño, pero hay bacterias que son destruyen el genoma extraño, pero hay bacterias que son capaces de integrar ADN exógeno siempre que sea capaces de integrar ADN exógeno siempre que sea “homólogo” al propio “homólogo” al propio (Streptococcus pneumoniae).(Streptococcus pneumoniae).

Fenómenos de transferencia genéticaFenómenos de transferencia genética

B)B) TransducciónTransducción: se transfiere un fragmento de ADN de una : se transfiere un fragmento de ADN de una bacteria a otra, por intermedio de un bacteriófago, lítico o bacteria a otra, por intermedio de un bacteriófago, lítico o atemperado, cuyo ácido nucléico es ADN bicatenario.atemperado, cuyo ácido nucléico es ADN bicatenario.

Transducción generalizadaTransducción generalizada: un virus lítico infecta una : un virus lítico infecta una bacteria, se reproduce e induce la lisis de la bacteria. bacteria, se reproduce e induce la lisis de la bacteria. Cuando el virus se ensambla puede adquirir fragmentos del Cuando el virus se ensambla puede adquirir fragmentos del cromosoma de la bacteria infectada, y transferir éstos cromosoma de la bacteria infectada, y transferir éstos cuando infecte otra bacteria. El fragmento de ADN se cuando infecte otra bacteria. El fragmento de ADN se incorpora al de la célula huésped. Puede darse una incorpora al de la célula huésped. Puede darse una transducción abortiva si el fragmento transferido no se transducción abortiva si el fragmento transferido no se integra en el cromosoma y no se replica con él, de modo integra en el cromosoma y no se replica con él, de modo que sólo pase a una de sus células hijas.que sólo pase a una de sus células hijas.Transducción restringidaTransducción restringida: provocada por un fago : provocada por un fago atemperado. Cuando se induce la bacteria lisogénica y el atemperado. Cuando se induce la bacteria lisogénica y el profago se transfiere en fago atemperado, puede arrastrar profago se transfiere en fago atemperado, puede arrastrar un fragmento del ADN bacteriano vecino y transmitirlo a un fragmento del ADN bacteriano vecino y transmitirlo a una nueva bacteria.una nueva bacteria.

Fenómenos de transferencia genéticaFenómenos de transferencia genética

C)C) TransfecciónTransfección: inoculación de un ADN obtenido de un virus a : inoculación de un ADN obtenido de un virus a una bacteria para que se integre en el cromosoma una bacteria para que se integre en el cromosoma bacteriano. Es un procedimiento artificial para obtener bacteriano. Es un procedimiento artificial para obtener productos genéticos.productos genéticos.

D)D) ConversiónConversión: integración de un ADN fágico en el cromosoma : integración de un ADN fágico en el cromosoma bacteriano (profago – virus – atemperado – ), que codifica bacteriano (profago – virus – atemperado – ), que codifica una serie de caracteres nuevos para la bacteria.una serie de caracteres nuevos para la bacteria.

E)E) ConjugaciónConjugación: es la transferencia de material genético : es la transferencia de material genético cromosómico o no, de una bacteria donante a una cromosómico o no, de una bacteria donante a una receptora por contacto directo de ambas mediante un pili receptora por contacto directo de ambas mediante un pili sexual. El ADN que se transmite puede ser cromósomico o sexual. El ADN que se transmite puede ser cromósomico o extracromosómico, y la capacidad de actuar como donante extracromosómico, y la capacidad de actuar como donante se debe a la presencia de un plásmido transmisible que se debe a la presencia de un plásmido transmisible que contiene la información para la formación de pili y para contiene la información para la formación de pili y para transferir el ADN a la bacteria receptora (factor de transferir el ADN a la bacteria receptora (factor de transferencia o factor sexual).transferencia o factor sexual).

Comparación de conjugación, transducción y transformaciónComparación de conjugación, transducción y transformación

Procedimiento Procedimiento de transferenciade transferencia

ProcesoProceso Tipo de células Tipo de células que intervienenque intervienen

Naturaleza del Naturaleza del DNA transferidoDNA transferido

ConjugaciónConjugación DNA: transferido DNA: transferido de una bacteria a de una bacteria a otra.otra.

Procariotas.Procariotas. Cromosómico o Cromosómico o plasmidial.plasmidial.

TransducciónTransducción DNA transferido DNA transferido por un virus de por un virus de una célula a otra.una célula a otra.

Procariotas.Procariotas. En transducción En transducción generalizada, generalizada, cualquier gen; en cualquier gen; en transducción transducción especializada, especializada, sólo ciertos genessólo ciertos genes

TransformaciónTransformación DNA purificado DNA purificado captado por una captado por una célula.célula.

Procariotas o Procariotas o eucariotas (por eucariotas (por ejemplo, ejemplo, humanas).humanas).

Cualquier DNACualquier DNA

Conceptos ActualesConceptos Actuales

Mutaciones mortales condicionalesMutaciones mortales condicionales: son de interés médico por : son de interés médico por su utilidad en la preparación de vacunas; como la de la su utilidad en la preparación de vacunas; como la de la influenza. La palabra “condicional” indica que la mutación se influenza. La palabra “condicional” indica que la mutación se expresa sólo bajo ciertas condiciones. Las más importantes de expresa sólo bajo ciertas condiciones. Las más importantes de este tipo son las sensibles a la temperatura. Los este tipo son las sensibles a la temperatura. Los microorganismos con esta sensibilidad pueden proliferar a una microorganismos con esta sensibilidad pueden proliferar a una temperatura “permisiva” un poco baja, por ejemplo, 32ºC, pero temperatura “permisiva” un poco baja, por ejemplo, 32ºC, pero no son capaces de reproducirse a una temperatura “restrictiva” no son capaces de reproducirse a una temperatura “restrictiva” más alta, como 37ºC. Esta conducta se debe a una mutación más alta, como 37ºC. Esta conducta se debe a una mutación que ocasiona el cambio de un aminoácido en una proteína que ocasiona el cambio de un aminoácido en una proteína esencial, permitiendo que funcione de manera normal a 32ºC, esencial, permitiendo que funcione de manera normal a 32ºC, pero no a 37ºC por su confirmación alterada a la temperatura pero no a 37ºC por su confirmación alterada a la temperatura alta. Un ejemplo de un mutante mortal condicionado de alta. Un ejemplo de un mutante mortal condicionado de importancia médica, es una cepa del virus de la influenza que en importancia médica, es una cepa del virus de la influenza que en la actualidad se usa en una vacuna experimental. Está contiene la actualidad se usa en una vacuna experimental. Está contiene un virus que no replica a 37ºC, por lo que no puede infectar los un virus que no replica a 37ºC, por lo que no puede infectar los pulmones y causar neumonía, aunque tal vez prolifere a 32ºC en pulmones y causar neumonía, aunque tal vez prolifere a 32ºC en la nariz, donde induce inmunidad.la nariz, donde induce inmunidad.