GENÉTICA BACTERIANABACTERIANA

Genética Bacteriana

Me enfermas!!!

Pssst!! Oye chico quieres ser un Súperbicho? Pega unos de estos en tu genoma…Ni la penicilina podrá dañarte

Mutación y mutantes• Mutación cambio hereditario en la secuencia de bases del material genético

• El efecto de la mutación (cambio genotípico) sobre el fenotipo puede ser

observable o no

Nomenclatura

• Genotipo se designa convencionalmente con tres letras minúsculas seguidas deuna letra mayúscula. Por ejemplo, el gen hisC de E.coli. Las mutaciones en el genhisC se designan como hisC1, hisC2, y así sucesivamente.

• Fenotipo se designa por una letra mayúscula seguida de dos letras minúsculas, con• Fenotipo se designa por una letra mayúscula seguida de dos letras minúsculas, conun signo más o menos como superíndice para indicar la presencia o ausencia detal carácter. Por ejemplo, una cepa His+ indica que la bacteria es capaz desintetizar su propia histidina, no asi una cepa His-

Aislamiento de mutantesDescripción Naturaleza del cambio Detección del mutante

Inmóvil Pérdida de flagelos, flagelos no funcionales Colonias compactas en lugar de planas y extendidas

No capsulado Pérdida o modificación de la cápsula Colonias pequeñas y rugosas en lugar de lisas y brillantes

Colonia rugosa Pérdida o cambio lipopolisacárido de la capa externa

Colonias granulosas e irregulares en lugar de lisas y brillantes

Resistencia a Pérdida de receptor de virus Crecimiento en presencia de Resistencia a virus

Pérdida de receptor de virus Crecimiento en presencia de grandes cantidades de virus

Auxótrofo Pérdida de una enzima en una vía biosintética

Incapacidad de crecer en medio carente del nutriente

Fermentación de azúcares

Pérdida de una enzima en una vía degradativa

Pérdida de cambio de color en medio conteniendo el azúcar y un indicador de pH

Resistencia a antibióticos

Alteración de la permeabilidad al compuesto, modificación de su diana, bombas de exporte.

Crecimiento en medio que contiene una concentración inhibitoria del antibiótico

Mutantes nutricionales

Protótrofo Bacterias silvestres

capaces de crecer en medios mínimos

(iones, fuente de carbono y agua)

sintetizando autónomamente todas

las macromoléculas esenciales

Auxótrofo Bacterias generalmente

mutantes incapaces de fabricar alguna

molécula esencial y, por tanto,

incapaces de crecer en medio mínimo.

Vías de intercambio de genes entre bacterias

Descubrimiento de la conjugación

Descubrimiento de la conjugaciónJoshua LederbergEdward Tatum1946 E. coli

Amet - bio- thr+ leu+ thi+

Bmet+ bio+ thr – leu – thi -met bio thr leu thi met bio thr leu thi

Protótrofos consecuencia de intercambio genético y recombinación frecuencia 1/107

Bernard DavisContacto físico esencial

para la transferencia génica

y recombinación

Sembrar en medio mínimoNo se recuperaron protótrofos

William Hayes1953 E. coli

F + / macho Factor de fertilidad (plásmido F)

F - / hembra

Interacción física fase inicial del proceso de conjugación mediada por el pilus sexual o F

• Células F+ poseen un factor de fertilidad y pueden donar material genético

• Células F- células que pueden recibir DNA y por recombinación lo integran

Cruza

células F+ X células F-

Todas Células F+

Por tanto, el factor F es un

elemento móvil

recombinación lo integran en su genoma • Plásmido F codifica alrededor

de 100 genes, alrededor de 19productos génicos estánimplicados en la transferenciade información génicaincluyendo aquellos para laformación de los pilli

Plásmido FLa conjugación se inicia cuando la célula F+ sintetiza el pilus y lo extiende hacia la célula F-

Conjugación

Cromosoma bacteriano

Una vez adherido el pilus a la superficie dela célula F- se retrae acercando a las dos células

Una cadena del plásmido F es cortada. Esa cadena se desplaza hacia la otra célula

A medida que la cadena entra, se produce la síntesis complementaria del DNA en ambas cadenas

Al término de la conjugación ambas bacterias tienen una copia íntegra del plásmido F, por tanto ambas son F+

Exconjugantes

• La frecuencia de transferencia del factor F esmayor que la frecuencia de recombinantespara marcadores genéticospara marcadores genéticos

• el plásmido F no es el responsable de losfenotipos silvestres después de la conjugación

Células Hfr (high frecuency recombination)

El plásmido F es capaz deintegrarse al cromosomabacteriano

Episoma Elemento génicoque puede replicarseindependientemente del

F+

Hfr

independientemente delcromosoma bacteriano ointegrarse y replicarse comoparte del cromosoma

La célula Hfr mantiene sucapacidad de conjugación porlo que puede conjugar con unacélula F-

Comienza la transferencia de material génico de Hfrhacia F- pero no hay transferencia completa delF-hacia F pero no hay transferencia completa delgenoma ni de la secuencia de plásmido F

F-

Se transfirió parte del DNA cromosomal, si hayhomología ocurrirá recombinación. Sin embargo lacélula F- permanece sin el plásmido F.

Recombinación

Integración del plásmido F al cromosoma

Cartografía cromosómicaConjugación interrumpida

El mapa de tiempos permite conocer el orden de los genes en los cromosomas pero no la distancia entre ellos.

El estado F´ y los merocigotos

Hfr F´Hfr

En células Hfr el plásmido puede escindirse del cromosoma( con bajafrecuencia) y formar un plásmido circular nuevamente. Durante la escisión elplásmido puede acarrear genes cromosómicos

Loas plásmidos F´ también son transferidos por conjugación creandomerocigotos o diploides parciales

F´

Resumen conjugación

Transformación

Plásmidos• Moléculas de DNA circulares extra

cromosomales que se replicanindependientemente delcromosoma bacteriano. Presentesen bacterias y algunas células deeucariotes

• Tienen un origen de replicación• Tienen un origen de replicaciónreconocido por la maquinariareplicativa de la bacteria

Bajo numero de copias 1-10

Alto número de copias 10-100

copia= número de moléculas de plásmido por célula

Autoregulación del número de copias

• Genes que regulan reparto y control del número de ellos por célula

• Mediado por un represor RNA o proteína que impide que se repliquen proteína que impide que se repliquen “exceso” de copias del plásmido

• Plásmidos incompatibles

• Mecanismos capaces de excluir a un plásmido relacionado cuando la célula ya posee uno

Tipos de plásmidos

Tipo Organismos tipo

Plásmidos conjugativos E. coli plásmido F

Plásmidos de resistencia (R)AntibióticosResistencia a metales pesados(Hg, Cd,Ni,Co,Pb)

Bacterias entéricas, Staphylococcus

Pseudomonas

Producción de bacteriocinas y antibióticos Bacterias Producción de bacteriocinas y antibióticos Bacterias entéricas,Clostridium,

Streptomyces

MetabólicosMetabolismo de carbohidratos (lactosa, sacarosa)Degradación de hidrocarburos

Bacterias entéricas

Pseudomonas

Plásmidos de virulencia o interacción hospederoEnterotoxinas y hemolisinas Neurotoxina

E.coli

Clostridium tetani

Generalidades virus

• Tamaño: 24-300nm

• Material genético: RNA o DNA de cadena doble o sencilla cubierto por envoltura proteica (cápside) puede tener lípidos

Generalidades virus• Simetría: icosahédricos, helicoidal, complejos (cabeza y cola)

Parásitos intracelulares obligados

• Células animales

• Plantas

• Bacterias

Bacteriófagos

Bacteriófagos

Ciclo lítico del bacteriófago T4

1. Adsorción o fijación el fago se une a receptores de la superficie bacteriana

2. Inyección del material genético viral

3. Replicación del genoma

Ciclo lítico del bacteriófago T4

4. Síntesis de envolturas proteicas

5. Empaquetamiento del DNA dentro 5. Empaquetamiento del DNA dentro de la envoltura proteica y ensamblaje

6. Lisis y liberación de partículas virales

Análisis de calvas o placas de lisis

Ciclo lítico de un fago

Ciclo lisogénico Fagos temperados

1. Fago se adsorbe a la superficie de una célula e inyecta el DNA2. El DNA del fago se circulariza3. Transcripción de genes necesarios para la integración4. Fago se integra en el cromosoma de la bacteria5. La bacteria se reproduce normalmente transmitiendo el profago a

la descendenciala descendencia6. La bacteria (lisógeno)es inmune a la infección de otros fagos

• Profago El genoma de un fago que se ha insertado en el cromosoma bacteriano• Lisógeno bacteria que tiene el genoma de un fago insertado dentro de su cromosoma• Fagos temperados Fago capaz de llevar a cabo ciclos líticos o lisogénicos

Ciclo lisogénico vs ciclo lítico

Circularización del genoma λ e integración

Transducción

• Mecanismo de transferencia de genes bacterianos mediado por fagos

1952Joshua LederbergNorton Zinder S. typhimurium

Transducción generalizada

Transducción especializada

Elementos transponibles

Transposones y secuencias de inserción

• Elementos transponibles son segmentos de DNA que puedenmoverse de una posición a otra en el mismo cromosoma o adiferentes cromosomas

• El movimiento de un elemento móvil puede producirmutaciones o rearreglos cromosómicos y afectar de esamanera la expresion de otros genes

• Descritos originalmente en maíz por Bárbara Mc Clinckton

• Se han encontrado en bacterias hasta humanos

La transposición es una recombinación no-homóloga, es decirla inserción de un EM ocurre en ADN que no tiene homologíacon el transposon.

a. En procariotes la transposición puede ocurrir en elcromosoma del organismo , en un plásmido o en elcromosoma de un fago.

b. En eucariotes la inserción puede ser en el mismo cromosomao en uno diferente.

Secuencias de inserción

Secuencias invertidas repetidas

10-30pb 10-30pb10-30pb 10-30pb

Descubiertos por primera vez en E. coli en el operón gal y son lostransposones más simplesTamaño 700-1500pbFrecuentes en bacterias, plásmidos y fagos.

Transposones simples y compuestos

Mecanismos de transposición

Mecanismo de transposición Tn5

Transposasa. Enzima que cortaal DNA blanco en sitios al azary une los extremos deltransposón

Las secuencias invertidas yLas secuencias invertidas yrepetidas (IR) son el sitio dereconocimiento de latransposasa

Transposones en eucariotes

• Transposones de DNA

• Retrotransposones

Transposones de eucariotes