Genética y variación bacteriana

duce modificaciones morfológicas o bioquímicas de la célula. La mayoría de las mutaciones son nocivas, pero algunos mutantes sobreviven gracias a un proceso de selección natural.

Los valores límite de mutación representan la probabilidad de que un gen cualquiera se modifique durante cierta unidad de tiempo definido. El valor límite de mutación espontánea de un gen es relativamente constante, por ejemplo, las probabilidades de que una bacteria en particular genere resistencia a la estreptomicina es de 107. Por consiguiente, si se inoculan 108 células en un medio que contiene estreptomicina, se espera el crecimiento de aproximadamente 10 colonias. La posible persistencia de este límite de mutación espontánea está sujeto a condiciones ambientales; en este caso en particular, la situación primordial sería la presencia o ausencia de estreptomicina en el medio. En este ejemplo, los animales alimentados con dietas que contienen estreptomicina seleccionarán mutantes de estreptomicina resistentes. Finalmente las cepas mutantes substituirán a las capas resistentes, en caso de que permanezca la presión selectiva. Existe variación en los valores límite de mu-taciones entre las diferentes características, y de esas mismas características entre diferentes especies.

Las mutaciones de diferentes genes se producen de manera independiente. Si considerarnos que el valor límite de mutación para crear resistencia a la es-treptomicina es de 1 en 107

bacterias por cada generación, mientras que la mutación para originar resistencia a la penicilina es

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de 1 en 105 bacterias por generación, podemos señalar que la probabilidad de que en una bacteria se presenten mutaciones para desarrollar resistencia a los dos antibióticos es de 1 en 1012

bacterias por generación, es decir, el producto de los valores límite correspondientes a cada antibiótico.

El valor límite de mutación varía entre las diferentes características y di-ferentes bacterias. Para una característica sencilla el promedio suele ser de 1 en 107 a 1 en 1010. El límite de mutación se puede incrementar de 10—100 veces más mediante el uso de mutágenos como rayos X, rayos gamma, luz ultravioleta, ácido nítrico, colorantes de acridina, mostaza nitrogenada, análogos de laspurinas y de las pirimidinas. Cada mutación es producto de cambios que aparecen en un gen, lo cual se considera, en efecto, una modificación de la secuencia de los nucleótidos que integran la molécula de DNA. Los cambios de la secuencia se pueden producir como resultado de substitución, eli-s minación y adición o inserción de pares de bases.

Uno de los tipos de mutación que se observan comúnmente en bacterias patógenas es el que se conoce como variación lisa-rugosa (S-*R). Las variantes coloniales que representan a la colonia lisa (S) muíante y a la colonia rugosa (R), se pueden reconocer en muchas bacterias mediante el empleo de una luz oblicua, con la ayuda de un microscopio usando el objetivo débil, o bien a simple vista. Por lo general, los microorganismos lisos poseen cápsula y son más virulentos que los microorganismos de la variante rugosa. Durante el

cultivo repetido en medios artificiales, con frecuencia se propicia el incremento de variantes rugosas; en contraste, los pasajes a través de animales susceptibles pueden causar la restauración de cultivos primordialmente lisos. Los

Genética y variación bacteriana (Capítulo 3)

S — G = C — S = & = Enlaces de hidrógeno

I ' IF_ ,K. F S - Azúcar (desoxirribosa)

S - T = A - S F- Fosfato

Fig. 3—1.

Estructura básica

del DNA.

RNA consisten en que este último contiene uracil en lugar de timina y posee ribosa en lugar de desoxirribosa.

Cada uno de los aminoácidos se codifica mediante la secuencia de tres pares de nucleótidos de la doble hélice (el triplete). A continuación se presenta un breve resumen sobre cada una de las fases que se presentan durante el proceso mediante el cual la secuencia de nucleótidos de un gen determina la secuencia de aminoácidos.

1. La codificación genética se transforma en proteínas gracias a la transcripción de la secuencia de las bases de DNA, formando una secuen-;:,,• cia de bases complementarias en el RNA mensajero (RNAm).

2. El RNAm emigra hacia el citoplasma donde se combina con los ribo-somas y funge como molde para el ensamble de los aminoácidos que

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G = Guanina C

= Citosina T =

Timina A =

Adenina

producen cadenas de polipéptidos.

3. La realización de este proceso requiere la participación de moléculas intermediarias de RNA de transporte (RNAt). Este posee una secuencia de bases que resulta complementaria a la secuencia de bases contenida en el RNAm. Cada molécula de RNAt debe encontrar el sitio adecuado de la molécula de RNAm que le permitirá depositar al aminoácido que ha transportado. Estos sitios de "reconocimiento" entre ambos tipos de RNA reciben el nombre de codon en el RNAm y anti-codon en el RNAt.

El cromosoma de cada bacteria se reproduce de manera normal, de modo que cada una de las células hijas posee un juego de genes idénticos a los de la célula original.

La variación en las bacterias se describe tanto genotípica como fenotípt-camente. La variación genotípica se refiere a la constitución genética del mi-croorganismo, mientras que la variación fenotípica se produce bajo influencia de factores ambientales.

VARIACIÓN GENOTÍPICA

La variación genética que se presenta en una sola célula se debe casi siempre a mutaciones. Estas consisten en un cambio ocurrido en un gen, lo cual pro-

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Genética y variación bacteriana (Capítulo 3)

cambios relacionados con la morfología colonial, como en el caso de variantes S-»R, suelen ocasionar modificaciones de naturaleza antigénica. Los cultivos "rugosos" son, por lo general, poco eficaces para la elaboración de bacte-rinas.

Las mutaciones pueden afectar una amplia gama de características como: cápsulas, flagelos, dimensiones celulares, capacidad de formar esporas, pigmentación, motilidad, diversidad de propiedades bioquímicas, naturaleza antigénica, capacidad de producir toxinas y sensibilidad a las drogas y bacteriófagos. Los bacteriólogos clínicos están siempre al tanto de la considerable frecuencia con que se presentan mutaciones relacionadas con características bioquímicas. No es raro aislar cultivos a partir de muestras clínicas que varían en una o más reacciones bioquímicas en relación a lo considerado como patrón de referencia.

Las bacterias poseen métodos no presentes en otros microorganismos para la transferencia de DNA, que propician la recombinación genética. Debido a estos mecanismos únicos, las bacterias se han utilizado ampliamente en el estudio de la genética molecular. A continuación se analizan brevemente estos mecanismos.

TransformaciónSe refiere a la transferencia de propiedades de un microorganismo a otro mediante la absorción e incorporación de DNA derivado del cultivo del primer

microorganismo. Originalmente este mecanismo fue demostrado por Avery ycol. (1944), quienes transfirieron la característica "lisa" de un cultivo liso a uncultivo rugoso de neumococo, por medio de un extracto de DNA del organismo liso. Las células receptoras competentes aceptan un fragmento que representa aproximadamente 1% del genoma del donador, lo que equivale a alrededor de 20 genes. Otras propiedades que se pueden transformar por mediode DNA libre son el tipo antigénico y la resistencia a las drogas. La transformación puede ser un mecanismo significativo de recombinación genética enla naturaleza. ;

TransducciónEsta es la transferencia de material genético de una bacteria a otra por medio de fagos temperantes. Algunas propiedades bioquímicas y antigénicas pueden ser transducidas entre bacterias estrechamente relacionadas; así mismo, se ha demostrado que la resistencia a múltiples drogas por parte de estafilococos se puede transferir por medio de fagos transductores. Los fagos temperantes son virus bacterianos que causan lisis solamente en una fracción de la célula que infectan. Las bacterias que sobreviven a la infección por fagos temperan-tes reciben el nombre de lisógenas. Estas perpetúan y transmiten el poder de producir fagos temperantes en forma de partículas no infecciosas llamadas profagos, las cuales se encuentran incorporadas al cromosoma del huésped. La capacidad de C. diphtheriae para producir su potente exotoxina depende de la infección por profagos. El término conversión lisógena se emplea cuando la bacteria huésped expresa una nueva

característica como consecuencia de haber adquirido un cierto profago. La luz ultravioleta y otros rnutágenos