genética microbiana “es la ciencia que define y analiza la herencia o la constancia y cambio de...

Genética Microbiana

“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”.

Genética microbiana

• Introducción.

• Estructura del DNA.

• Replicación del DNA

• Mutación.

• Recombinación.– Transformación– Conjugación – Transducción.

Genética Microbiana• La unidad de la herencia es el

gen, segmento de ADN que contiene en su secuencia de nucleótidos, información para una propiedad bioquímica o fisiológica específica.

• Las dos funciones esenciales del material genético son: La replicación y la expresión.

Genética Microbiana

• Las base química para la variación en el fenotipo es un cambio en el genotipo, o una alteración en la secuencia del ADN dentro de un gen, o en la organización de los genes.

• Mutación: es un cambio permanente en la secuencia de nucleótidos de la molécula de ADN que se transmite a la descendencia.

• La variación fenotípica se ha estudiado basada en la capacidad de un gen para permitir la proliferación en condiciones de selección. ( gen de resistencia a la ampicilina)


• Introducción.



• Mutación.


• El cromosoma bacteriano es una molécula circular de ADN que funciona como un elemento genético auto replicable (replicón).

• Algunas cepas bacterianas tienen replicones adicionales (plásmidos y bacteriófagos).

• Transposones.

Estructura del ácido nucleico.

• Los ácidos nucleicos son grandes polímeros constituidos por unidades nucleotídicas que se repiten.

• Cada nucleótido contiene:– Un grupo fosfato– Un azúcar (pentosa o

desoxipentosa).– Un par de bases púricas o

pirimidínicas

Estructura del ácido nucleico

Ribonucleótido

Desoxiribonuleótido

Bases Nitrogenadas

Dogma de la Biología Molecular

Genoma eucariótico.

• Mas de un cromosoma lineal.

• Separados por una membrana nuclear del citoplasma

• Diploides.

• Tiene mucho ADN no codificante.

• ADN: cromosómico, mitocondrias, cloroplastos.

Genoma procariótico• No tienen membrana nuclear.• Los genes bacterianos son

haploides y presentan un único cromosoma constituido por una molécula circular de ADN de doble cadena.

• Cromosoma E.Coli (1,35mm) Circular

• Muchas bacterias contienen genes adicionales en PLÁSMIDOS.

• TRANSPOSONES: elementos genéticos móviles.


• Introducción.



• Mutación.


Replicación del DNA

• Cromosoma Bacteriano

• Transposones

• Plásmidos

• Bacteriófagos.


• Durante la replicación cada banda helicoidal del ADN sirve como un molde para la síntesis de una nueva banda complementaria.

• Cada molécula de doble cadena de ADN hija contiene una banda de poli nucleótido vieja y una banda nueva sintetizada.

• Este tipo de replicación del ADN se denomina semiconservativa.


• El DNA que se copia para formar uno complementario se llama molde.


• La reaplicación del ADN cromosómico en las bacterias comienza en un sitio específico del cromosoma llamado locus ori, una región del DNA unida a la membrana celular.

• La replicación es bidireccional.

ENZIMAS

1) Helicasas.( separa las dos hebras)

2)RNA pol DNA dependiente.(primer)

3)DNA pol. (adicionan nucleótidos).Tipo III

4) DNA pol I ( con actividad exonucleasa).

5) DNA ligasa (une los fragmentos de DNA)

6) Topoisomerasa. Relaja DNA superenrollado.



• Transposones

• Plásmidos

• Bacteriofagos.

Transposones

• Son segmentos de DNA que pueden moverse de un sitio a otro en una molécula de DNA.(transposición).

• La inserción de un transposón a menudo interrumpe la secuencia lineal de un gen y lo inactiva.(mutación)

• Principal enz. Transposasa.– Dos tipos:

» Transposición no replicativa» Transposición replicativa



• Transposones

• Plásmidos

• Bacteriofagos.

Plásmidos

• Los plásmidos son replicones que se mantienen como elementos genéticos distintos, extracromosómico en las bacterias.

• La mayoría son moléculas doble cadena, circular.• Los plásmidos estrechamente relacionados no pueden

mantenerse de forma estable en la misma bacteria hospedero (incompatibles).

• Los plásmidos conjugativos codifican funciones que promueven la transferencia de plásmido de una bacteria donante a otra receptora.

• Otorgan generalmente propiedades como resistencia a antibióticos, producción de toxinas.

• La replicación es semejante a la replicación cromosómica.

Genetica microbiana

• Introducción.



• Mutación.


Mutación• Es un cambio hereditario en la secuencia ADN

que constituye el genoma de un organismo.• Mutante.(ejemplo: His+ o His -)• Las mutaciones espontáneas en las bacterias

son raras, ocurren con una frecuencias de 10-8 a 10-6 .

• Las mutaciones pueden ocurrir por:– sustituciones (en la replicación).– Supresiones– Inserciones (transposones o fagos)– Reordenamiento de bases.– Reversiones.

Mutación

• Sustituciones; • Pueden ser causadas

por apareamiento erróneo entre bases complementarias durante la replicación.

• ¿Toda sustitución produce un cambio en el fenotipo?

Supresiones e inserciones.• Supresiones o deleciones: son mutaciones en

las que se ha eliminado una región del DNA.– Algunas deleciones son tan grandes que pueden

afectar a varios genes.– No son reversibles salvo por recombinación genética.– Puede ser causado por daño al DNA.

• Inserciones: cuando se añaden nuevas bases al DNA. Errores que ocurren en el proceso de recombinación. Son elementos transponibles.

• Pueden ser micro o macro deleciones o inserciones. Dependiendo del número de bases afectadas.

Reversiones

• Las mutaciones puntuales son reversibles.

• Un revertiente se define operativamente como una cepa en la que aparece restaurado el fenotipo silvestre que se perdió en el mutante.

• Dos tipo:– Revertientes de un mismo sitio o verdaderas.– Revertientes de segundo sitio o supresoras.

Mutágenos• Agentes químicos, físicos o

biológicos que pueden inducir mutaciones.– Químicos: Algunos son

análogos de bases que se parecen estructuralmente a las bases púricas y pirimidínicas. Pero muestran propiedades de apareamiento erróneas.

Mutágenos

• Biológicos:– Transposones.– Bacteriófagos

• Físicos:– Radiación:

• No ionizantes: Luz UV 260nm causa dímeros de pirimidina. • Ionizantes. Através de la acción de los radicales libres.

•Mutagénesis dirigida: •No son al azar utilizan la tecnología de DNA recombinante.


• Introducción.



• Mutación.


Recombinación genética

• “ Se define por recombinación al proceso en que tenga lugar la formación de un nuevo ADN a partir de moléculas destruidas, de manera que la información genética procedente de cada molécula de ADN original estará presente en las nuevas”.

• Implica un intercambio físico de material genético entre elementos genéticos.

• 1) Ruptura del DNA (enz nucleasa)

• 2) Proteína de unión al DNA (SSB)

• 3) Rec A: se una al fragmento monocatenario y facilita la formación del complejo).Invasión de cadena.

• 4) Formación de un heteroduplex. Cada cadena esta formado por un cromosoma diferente.

• También participan enz: nucleasas, ligasas y polimerasas.

Recombinación genética

• La recombinación genética en procariotas puede observarse a través de 3 procesos diferentes:

• Transformación. (DNA libre)• Transducción. (virus)• Conjugación. (Plásmidos)

Recombinación Genética


• Introducción.



• Mutación.


Transformación genética.

• Es un proceso por el que el DNA libre se incorpora en una célula receptora y lleva a cabo un cambio genético.

• De los tres procesos, de recombinación genética, fue el mas importante ya que suministró la primera evidencia de que el ADN es el material genético.(Griffith 1920)

Transformación genética

• Competentes: una célula capaz de tomar una molécula de DNA y ser transformada.

• Solo algunas cepas son competentes y esta capacidad es heredable y regulada por distintas proteínas.

• Hay diferentes formas de incorporar DNA.• Algunas Gram – sólo incorporan DNA doble

cadena (Haemophilus).• Gram +, sólo DNA simple cadena.

(Streptococcus y Bacillus).

• Pasos:

• 1) El DNA se una a la superficie celular por una proteína de unión a DNA.

• 2) Actúa una nucleasa.

• 3) Se asocia a proteínas específicas de competencia.

• 4) Actúa la Rec A.

Transformación genética

• Si las bacterias son transformadas con ADN extraído de un virus bacteriano, este proceso se conoce como transfección.

• Competencia inducida.– Altas concentraciones de iones calcio y luego

se mantiene en frío.– Electroporación.


• Introducción.



• Mutación.


Conjugación • Plásmidos:

– Son elementos genéticos que se replican independientemente del cromosoma del hospedador.

– No tienen una forma extracelular.– Mayoría DNA bicatenario.– Se replican de manera similar al

cromosoma.– Pueden estar desde 1 o 3 copias

hasta mas de 100 en una misma célula.

– Los plásmidos relacionados son incompatibles.

– Una de las principales característica es la de otorgar resistencias a distintos tipos de antibióticos.

Conjugación

• Es un proceso de transferencia genética que requiera contacto célula a célula.

• Hay una célula donadora (macho) que contiene el plásmido conjugativo, y una célula receptora (hembra) que carece de el.

• En E.coli el plásmido F codifica para pelos F. • Se conjuga por replicación circulo rodante.• El DNA se replica simple cadena y forma la

segunda cadena en la cepa receptora.

Conjugación con Cepas Hfr.


• Introducción.



• Mutación.


Transducción

• En la transducción el DNA se transfiere el DNA de una célula a otra por medio de virus.

• 2 tipos:– Transducción generalizada.– Transducción especializada.

La partícula vírica transductora, en ambas formas, es normalmente defectiva como virus, ya que algunos genes víricos necesarios están reemplazados por otros.

genética microbiana “es la ciencia que define y analiza la herencia o la constancia y cambio de...

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