6. Genética bacteriana

Consideraciones generales

Las bacterias no poseen núcleo; el ADN bacteriano se encuentra en un cromosoma de forma circular (con algunas excepciones).

El cromosoma bacteriano tiene la estructura típica de una doble hélice y una longitud que puede llegar ser 1,000 veces la longitud de una bacteria tipo (E. coli).

Además del cromosoma bacteriano puede existir material genético extracromosomal denominado plásmido.

Estructura del ADN

El código genético

El código genético es la secuencia de nucleótidos (una base nitrogenada + desoxirribosa + un grupo fosfato) organizados en grupos de tres (codón) que contiene el mensaje para la síntesis de un amino ácido en particular.

La secuencia de codones es transferida del ADN al ARN mensajero para ser convertida en secuencia de amino ácidos (proteínas) en los ribosomas.

The codon wheel as it appears in textbooks and websites.

Milton H. Saier Jr. J. Bacteriol. 2019; doi:10.1128/JB.00091-19

Mutación

La mutación se define como una modificación heredable en el código genético.

Mutación espontánea: La que ocurre sin causa conocida.

Mutación inducida: Es el resultado de la exposición a agentes físicos (ej. radiaciones) o químicos (ej. acridina) denominados mutágenos.

Mutación de punto: Es el resultado de la sustitución de un nucleótido por otro. Puede no tener una expresión fenotípica, en cuyo caso se denomina mutación silenciosa.

Mutación por remo-ción: Implica la remoción de un nucleótido(s) del ADN

Mutación por inserción: Implica la inserción de un nucleótido en el ADN.

Los CRISPR (en inglés: clustered regularly interspaced short palindromic repeats, en castellano repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente interespaciadas)

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Transferencia Horizontal de ADN

Transferencia vertical: Cuando ocurre de bacterias madres a bacterias hijas (división binaria)

Transferencia horizontal: Cuando se da entre dos bacterias sin implicar el proceso de replicación. Existen tres mecanismos:

1. Transformación

2. Transducción

3. Conjugación

La relevancia de estos fenómenos radica en

la transferencia entre bacterias de genes que codifican factores de

virulencia o resistencia a antibióticos

Decision chart for the classification of bacterial replicons.

George C. diCenzo, and Turlough M. Finan Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2017;81:e00019-17

1. Transformación

• Consiste en la incorporación de ADN (cromosoma, plásmido) de una bacteria muerta a una viva.

• Las bacterias Gram negativas pueden incorporar ADN de cadena doble; las Gram positivas incorporan ADN de cadena sencilla y sintetizan la cadena complementaria.

Transformación (Griffiths, 1928)Streptococcus pneumoniae

Relevancia histórica; ADN = Herencia

2.Transducción

El material genético se transfiere mediante virus que infectan a bacterias y que se denominan bacteriófagos (fagos).

En la mayoría de los casos el fenómeno ocurre entre bacterias de una misma especie; sin embargo, puede haber fagos que infectan bacterias de diferentes especies.

• El material genético transferido puede ser parte del genoma del fago; o el fago puede acarrear consigo ADN de la bacteria infectada.

Transducción

Existen dos tipos de fagos:a) Fago lítico o virulento: Este lisa a la bacteria después

de su replicación.b) Fago lisogénico: Puede seguir un ciclo lítico o

lisogénico; en éste último caso integra su ácido nucleíco al cromosoma bacteriano (profago). La bacteria al dividirse replica al profago y lo transmite a las células hijas.

Si la bacteria lisogénica se expone a condiciones ad-versas (deshidratación, luz UV, radiaciones ionizantes) el profago puede iniciar un nuevo ciclo lítico.

Figura 6.3. Adquisición horizontal de ADN por el mecanismo de transducción. Ciclo lítico: a) el bacteriófago infecta a la bacteria y le inyecta su ADN; b) el ADN del virus se incorporal cromosoma bacteriano; c) d) e) el virus se replica y destruye a la bacteria. Ciclo lisogénico: a) b) igual que en el caso anterior; 1) 2) 3) la bacteria se replica por fisión binaria y las células hijas heredan el ADN viral.

Ruptura de ciclo lisogénico por antibióticos

3. Conjugación

• Esta forma de transferencia de ADN se da por con-tacto directo entre dos bacterias, una donante y una receptora.

• La bacteria donante posee un plásmido denominado factor F que (entre otras propiedades) codifica para la llamada fimbria sexual o F que interviene en la transferencia de ADN.

• La bacteria receptora carece de factor F.• El factor F al transferirse y autoreplicarse convirte a

la bacteria F- en F+.

E. coli virulence factors can be encoded by several mobile genetic elements, including transposons (Tn) (for example, heat stable enterotoxin (ST) of ETEC), plasmids (for example, heat-labile enterotoxin (LT) of ETEC and invasion factors of EIEC), bacteriophage (for example, Shiga toxin of EHEC) and pathogenicity islands (PAIs) — for example, the locus of enterocyte effacement (LEE) of EPEC/EHEC and PAIs I and II of UPEC. Commensal E. coli can also undergo deletions resulting in 'black holes', point mutations or other DNA rearrangements that can contribute to virulence. These additions, deletions and other genetic changes can give rise to pathogenic E. coli forms capable of causing diarrhoea (EPEC, EHEC, EAEC DAEC), dysentery (EIEC), haemolytic uremic syndrome (EHEC), urinary tract infections (UPEC) and meningitis (MNEC). HUS, haemolytic uremic syndrome; UTI, urinary tract infection.

Taxonomía Molecular

Caracterización de Acidos Nucleicos

Hibridización de ADN PCR Comparación del ARNr de 16S Fragmentos de Restricción

1. Hibridización de ADN

2. PCR (Reacción en Cadena de la Polimerasa)

(el caso Bb-pertactina)

LUCA (last universal common ancestor),

“El árbol de la vida” (ARNr 16S)

3. Secuenciación del gen del ARNr 16S

3. Comparación del gen del ARNr 16S

4. Análisis de Fragmentos de Restricción (“huellas digitales”)

Biotecnología Ingeniería Genética

Producción de insulina por ingeniería genética