GENETICA BACTERIANA

Griffiths A., Wessler S., Lewontin R., Gelbart W., Suzuki D., Miller J. (2005) Introduction to Genetic Analysis (8th ed). W.H. Freeman and Company, New York. QH430/I59/2005

Las bacterias poseen todos los componentes requeridos para reproducirse, cosechar y utilizar la energía del ambiente.

Se reproducen rápidamente, una célula da origen a dos idénticas en cada ciclo de división, produciendo un colonia de individuos idénticos.

Suspensión celular bacteriana Suspensión plaqueada en

caja con agar

Incubación 1 – 2 días

Caja Petri con agar Células

individuales invisibles a simple vista

Colonias visibles procedentes de una célula individual (mismo genotipo y fenotipo)

Prototróficas : Son bacterias silvestres que pueden crecer en medios mínimos (sales inorgánicas, fuente de carbono – glucosa y agua). A partir de estas sustancias mínimas las bacterias pueden construir todas las macromoléculas necesarias para vivir.

Auxotróficas : Las bacterias son generalmente mutantes y no pueden crecer a menos que se adicionen al medio nutrientes específicos (Adenina, biotina, metionina, etc.)

Resistencia o susceptibilidad a antibióticos

Mutantes bacterianas

Marcadores Genéticos

Requiere biotina como suplemento

Requiere arginina como suplemento

Requiere metionina como suplemento

No puede utilizar lactosa como fuente de carbono No puede utilizar galactosa como fuente de carbono Resistente al antibiótico estreptomicina Susceptible al antibiótico estreptomicina

Medio mínimo: medio sintetico básico para el crecimiento bacteriano sin nutrientes adicionales

Transferencia  gené-ca  horizontal  

Transferencia  gené-ca  ver-cal  

Mecanismos de Transferencia Genética Horizontal

La bacteria donadora es la que contribuye con una fracción de material genético a la bacteria receptora

El fragmento de DNA donado es llamado exogenota y el genoma receptor el endogenota

Una bacteria que contiene ambos DNAs, el exogenota y el endogenota es merocigoto

a+ b+

a b

Exogenota

Endogenota

Material Genético Transferido

DNA bacteriano DNA plasmídico DNA viral

E. coli

Pili

F+

F+ (Factor de fertilidad)

F -

Plásmido F

*Plásmido F codifica alrededor de 100 genes

William Hayes, 1953 Conjugación bacteriana

GENOTIPO

FENOTIPO

¿Es el plásmido F el responsable de fenotipo WT después de la Conjugación?

¡La frecuencia de transferencia de F es mayor a la frecuencia de recombinantes para los marcadores genéticos

que se estudiaron!

F +

F –

Estos marcadores genéticos residen en el DNA del cromosoma bacteriano

Para la transferencia de DNA del cromosoma bacteriano mediante conjugación, se necesita la INSERCIÓN del plásmido F al cromosoma generando una célula Hfr

High Frequency of Recombination

El bajo nivel de transferencia de marcadores genéticos se debe a la presencia de unas pocas celulas Hfr en la población F+

Integración de F al cromosoma bacteriano

La  inserción  de  plásmido  F  en  el  cromosoma  bacteriano  puede  ocurrir  en  diferentes  lugares  mediante  recombinación  (si8os  IS  y  Tn1000  )  

Integración del plásmido F al cromosoma

O

O

Orientación del origen O

Dependiendo de la orientación del Origen de replicación de F durante la integración, comenzarán a transferirse los marcadores genéticos

Experimentos de conjugación interrumpida Wollman y Jacob, 1957

F- strr × Hfr strs

Str +

azis

tons

lac-

gal-

azir

tonr

lac+

gal+

Después de 2 h algunos exconjugantes se convierten en Hfr

F d c b a O

Orden de Transferencia de Marcadores Genéticos

Dos eventos de recombinación

Generalmente la Conjugación se interrumpe antes de que se transfiera todo el Hfr; el exogenota es lineal y el endogenota es circular. Ocurren dos eventos de recombinación.

a+

a–

a+

+

a– No viable

Viable

No viable

Merocigoto

Recombinación entre exogenote y endogenote

¡ Doble entrecruzamiento !

Recombinantes recíprocos

Conclusiones: 1.  El cromosoma de E. coli es circular.

2.  El plasmido F es circular.

3.  La orientación en la que se intergra F al cromosoma determina la polaridad del cromosma Hfr.

4.  Un extremo de F integrado es el Origen donde comienza la transferencia y el otro extremo es el término que NO se transfiere a menos que antes se haya transferido TODO el cromosoma Hfr.

Resumen de la Conjugación bacteriana

1.  Eco RI 2.  Sa/I 3.  tetracycline resistance 4.  origin of replication 5.  Pstl 6.  amplicillin resistance 7.  Pst I 8.  EcoRI 9.  SalI

PLÁSMIDOS

Elementos de ADN extracromosomal, de doble cadena circular, covalentemente cerrado. Contienen: origen propio de replicación, sitios de reconocimiento para enzimas de restricción, marcadores de selección (resistencia a antibióticos). Presentes en elevado número de copias en la célula.

CLASIFICACIÓN DE PLÁSMIDOS

Por su capacidad de transferencia: -Conjugativos (a través de un pili a otra membrana) -No conjugativos Por sus efectos fenotípicos: -Fertilidad (factores F) -Plásmidos bacteriocinogénicos (codifican una proteína tóxica para otras bacterias que no portan ese tipo de plásmido) -Plásmidos de resistencia (factores R) Por el número de copias: -Relajados (>1000 copias/célula) -Restringidos (<100 copias/célula)

Episoma (F’) : Plasmido F con genes bacterianos

Exconjugante

Donadora

Mapeo por frecuencia de recombinantes

Si  seleccionamos  leu  como  marcador:    Podemos  medir  la  distancia  entre  los  genes  porque  todos  8enen  la  misma  oportunidad  de  incorporarse  al  cromosoma  receptor  

La  frecuencia  de  recombinación  indicará  la  distancia  entre  los  genes  

Las posibilidades de recombinación que existen:

muy poco frecuente

4%

9%

87%

0%

leu+ arg - met - 4%

leu+ arg+ met - 9%

leu+ arg+ met+ 87%

leu -- arg 4 u.m. y arg – met 9 u.m.

En E. coli, cuatro cepas Hfr donaron los siguientes marcadores genéticos en el orden: Cepa 1: Q W D M T Cepa 2: A X P T M Cepa 3: B N C A X Cepa 4: B Q W D M Todas las cepas Hfr strains derivan de la misma cepa F+. ¿Cuál es el orden de los marcadores en el cromosoma original? (1)

Q W D M

T P X

A C

B N

(2)

(3) (4)