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Tema I
Introducción al estudio de los agentes
biológicos de importancia médica.
Genética microbiana.
Aplicación de la biología molecular a la
Microbiología y Parasitología Médicas.
Colectivo de autores
Microbiología y Parasitología
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Objetivos
Definir conceptos relacionados con la genética
microbiana.
Explicar procesos genéticos de los
microorganismos relacionados con la capacidad
patogénica.
Explicar la utilidad de la Biología Molecular para la
Microbiología y Parasitología Médicas.
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Contenidos
Organización del genoma: genoma eucariótico,
genoma procariótico, genoma viral.
Replicación del ADN bacteriano.
Transposones, plásmidos, bacteriófagos.
Mutaciones.
Recombinación genética.
Aplicación de la Biología Molecular a la Microbiología
y Parasitología Médicas.
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Bibliografía
Presentación digital.
Microbiología y Parasitología Médicas. Llop,
Valdés-Dapena, Zuazo.
Tomo I cap. 8 págs. 55 – 72
Tomo III cap. 152 págs. 619 – 630
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Genética
Es la ciencia que define y analiza la herencia o la
constancia y cambio de las funciones fisiológicas
que constituyen las propiedades de los
organismos
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ADN
Molécula helicoidal, constituida por 2 bandas
antiparalelas y complementarias.
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Genoma Eucariótico: casi todo el genoma está en dos
cromosomas lineales, separados del citoplasma por la
membrana nuclear.
Genoma Procariótico: el genoma bacteriano varía en tamaño, no hay membrana nuclear, con pocas excepciones los genes son haploides y presentan un cromosoma único constituido por una molécula circular de ADN de doble cadena.
Genoma Viral: los virus son parásitos intracelulares obligados, su replicación depende de la energía metabólica y de la maquinaria sintetizadora de la célula hospedero
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Organización del genoma bacteriano
• El cromosoma bacteriano es una molécula circular
de ADN que funciona como un elemento genético
autorreplicable (replicón)
• Hay bacterias que tiene replicones adicionales:
- Plásmidos
- Bacteriófago
Determinan resistencia antimicrobiana, producción
de factores de virulencia u otras funciones.
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Replicación del cromosoma bacteriano
1. Al iniciar la replicación un punto
de la cadena de ADN se une al
mesosoma
2. A partir de ese punto
comienza la duplicación de
manera bidireccional
Proceso semiconservativo, cada banda de ADN sirve
como molde para la síntesis de su banda complementaria.
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3. La cadena recién formada se
adhiere a un punto adyacente de la
membrana
4. Comienza a formarse el tabique
que separará las dos células hijas
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Transposones
Son segmentos de ADN que pueden moverse de un
sitio a otro en una molécula de ADN o a una
molécula de ADN diferente (transposición)
No son autorreplicables, deben integrarse en otro
replicón para mantener la estabilidad en los
genomas bacterianos.
Causan mutaciones mediadas por reordenamiento
genómico (supresiones, duplicaciones, inversiones)
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Transposones
Simples:
Contienen solo la información genética necesaria
para la transposición.
Complejos:
Poseen además, genes que codifican para funciones
especializadas como la resistencia a drogas
antimicrobianas.
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Plásmidos
Autorreplican independientemente
del cromosoma
Determinan rasgos genéticos adicionales
Pequeñas cadenas
dobles y circulares de
ADN extracromosómico
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Plásmidos más frecuentes:
Plásmidos F (fertilidad, confiere la capacidad de
transferencia de genes)
Plásmidos col (información para la producción de
colicinas, toxinas letales para bacterias coliformes)
Plásmidos R (confieren resistencia a antibióticos)
Plásmidos que codifican toxinas (toxina exfoliativa
de S. aureus, toxina tetánica de C. tetani)
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Bacteriófago
Son agentes infecciosos que se replican como
parásitos intracelulares obligados en las bacterias.
Virus de cubierta proteica, la cápside, que
envuelve al ácido nucleico o genoma (ADN o ARN).
Codifica las funciones requeridas para su
replicación en la bacteria, las proteínas de la cápside
y las necesarias para su ensamblaje.
Importante en investigaciones epidemiológicas
para tipificación de bacterias (Fagotipia).
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¿ Qué son las variaciones biológicas?
Variaciones
fenotípicas
temporales provocados
por la acción del ambiente,
sin variación en los genes
Variaciones
genotípicas
Permanentes y
hereditarios
MUTACIÓN
CAMBIOS
MODIFICACIÓN
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Mutaciones
Cambios hereditarios en la secuencia
de nucleótidos de un gen
Puntuales:
Cambios en un par
de bases
Múltiples:
Cambios en dos o más
pares de bases
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Las mutaciones puede ser:
Espontáneas
Baja frecuencia
1/1 000 000 –
1/100 000 000
Agentes mutagénicos
químicos:
pigmentos de acridina, agentes
alquilantes
Inducidas
Agentes mutagénicos físicos:
rayos gamma, rayos X, luz UV
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Las mutaciones puede ser:
Sustitución de un par de bases por otro
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Supresión de un par de bases
Omisión
o
pérdida
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Inserción de un par de bases
Inserción
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Reordenamiento de bases
Reordenamiento
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Es el proceso en que tiene lugar la formación de un
nuevo ADN a partir de moléculas destruidas, de
manera que la información genética de cada
moléculas de ADN original estará presente en las
nuevas.
Recombinación genética
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• Fuente de variabilidad genética
• Intercambio físico de segmentos
• Valor regulatorio (puede activar o inactivar los
genes)
• Vía de reparación
Recombinación genética
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Recombinación genética
No hay fusión de células sexuales o gametos para
formar un cigoto
Ocurre el paso de ADN
Donadora Receptora
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Mecanismos de recombinación
genética
Transformación
Transferencia de un fragmento de ADN de un genoma
donador a través de la membrana celular receptora y la
incorporación de este fragmento en el genoma de esta
célula.
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Conjugación
Paso de material genético (plásmido F) desde una célula
donante a una receptora a través de un puente de
conjugación (Pili F).
La transferencia del genoma bacteriano es una
consecuencia secundaria de la transferencia plasmídica.
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Transducción
Transferencia de material genético de una célula a
otra con la intervención de un virus bacteriano
Le confiere a la célula
bacteriana atributos de
virulencia:
• Producción de toxinas
Ej: toxina diftérica
toxina eritrogénica
toxina botulínica
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Aplicación de la Biología
Molecular a la Microbiología y
Parasitología Médicas
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Diagnostico virológico.
Diagnóstico de bacterias no cultivables o de difícil
cultivo.
Incremento de sensibilidad cuando la muestra es
pobre en cantidad de microorganismos o sus
productos.
Necesidad de diagnóstico rápido.
Aplicaciones en el diagnóstico:
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Tienen su base en el principio de complementariedad
de los ácidos nucleicos.
El ADN de la muestra clínica (esputo, heces fecales,
LCR, etc) se conoce como ácido nucleico blanco, y la
soda de ADN se refiere a la secuencia complementaria
marcada, (isótopo radioactivo, complejo enzimático,
etc)
Sondas de ADN
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Utilidad de las Sondas de ADN
• Confirmar la identidad de productos de ADN
amplificados mediante PCR.
• Identificación de especies de algunos patógenos
(Legionella pneumophila)
• Identificación de factores de virulencia, así como
secuencias de genes que codifican la producción
de toxinas.
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• Diagnóstico de infecciones por MO de crecimiento
lento.
• Identificación de genes que codifican resistencia a
antibióticos.
• Diagnóstico de Entamoeba histolytica, Trichomonas
vaginalis.
• Procesamiento de gran número de muestras clínicas
para realizar estudios epidemiológicos.
• Identificación de patógenos difíciles de cultivar.
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Reacción en Cadena de la Polimerasa
(PCR)
• Es una amplificación enzimática selectiva de
una secuencia específica de ADN, que
permite obtener de cada fragmento de ADN
deseado dos nuevas copias.
• Tiene elevada potencialidad para detectar
pequeñas cantidades de ADN.
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Se puede identificar ADN de MO a partir de muestras
de biopsias tomadas por agujas finas, tejidos de
necropsias y material fósil. Además de otras
muestras (LCR, sangre, sudor, heces, orina, etc)
Identificación de MO en medios muy diluidos.
Diagnóstico virológico.
Aplicaciones como método diagnóstico.
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Desarrollo de Vacunas
• Vacunas Recombinantes: hepatitis B
• Vacunas Conjugadas: útil para bacterias
encapsuladas (Neumococos y Haemophilus
influenzae)
• Vacunas de ADN: virus de la Rabia
• Vacunas atenuadas genéticamente: Salmonella
typhi, Vibrio cholerae.
• Vacunas de subunidades: Neisseria menigitidis A
y C de polisacáridos capsulares, Streptococcus
pneumoniae de polisacáridos capsulares.
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Desarrollo de nuevas drogas
antimicrobianas
Las técnicas moleculares son útiles para:
Dilucidar el mecanismo de acción de los
antibióticos.
Determinar los medios por los cuales las bacterias
se tornan resistentes.
Obtener derivados con mayor eficacia o
seguridad.