GENETICA BACTERIANA MICROBIOLOGIA

Venancio Esquivia Muñoz

Genoma bacteriano

Conjunto de genes que posee una bacteria tanto en su cromosoma como en sus elementos extra cromosómicos (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 extra cromosómicos 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 bidireccional. Las moléculas de ADN que contienen la

información genética necesaria para su propia replicación se llaman replicones.

Plásmido : elemento genético extra cromosómico, 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 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

Tipos de Plásmidos 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: Plásmidos 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 OriC.

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 gonorrheae 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 genoma 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 genoma de la

donadora.

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 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 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 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 los genes necesarios para su propia 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)

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 (Gramposi- tivos). Es una herramienta útil para la

elaboración 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 Corynebacteriun 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