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GENETICA BACTERIANA
1. Material genético bacteriano:
o Cromosoma bacteriano:
La mayoría de bacterias presentan solo un cromosoma (haploide) el cual posee
alrededor de 2000 genes. Su organización es cerrada y circular.
La replicación del cromosoma ocurre en la fisión binaria, iniciando en la región
sitio de origen (OriC en caso de E. coli) y extendiéndose hasta la región terminal
(Ter) de manera bidireccional. El tipo de replicación es semiconservativa, es
decir, que cada copia contiene una hebra madre y una hebra hija.
o Plásmidos:
Son fragmentos de ADN no cromosómico. El plásmido a diferencia del
cromosoma, es molecularmente más pequeño (1.5-400kB). Su tamaño que no te
confunda puesto que contiene genes con capacidad para codificar diversas
enzimas que participar en la supervivencia de la bacteria.
Su replicación es autónoma, por lo que reciben el nombre de replicones. -
Murray.
Entre ellos encontramos cierto tipo de plásmidos:
• Factor de resistencia (Factor R)
- Codifica la replicación de genes resistentes.
- Codifican enzimas que crean resistencia a los antibióticos.
• Factor de fertilidad (Factor F)
- Codifica genes para pilus sexual en el proceso de conjugación.
- Plásmido que se transfiere en la conjugación.
• Episomas
- Son plásmidos que pueden integrarse al cromosoma bacteriano.
- El factor F puede incluirse dentro del episoma en dicho caso la
célula se designa como célula Hfr (alta frecuencia de
recombinación).
o
Genoma de un bacteriófago
Los bacteriófagos actúan como parásitos intracelulares obligatorios infectando a
las bacterias tomando dos rutas: ciclo lítico o lisogénico. Mientras que la primera
vía usa a la bacteria como
maquinaria de expresión genética para
posteriormente destruirla liberando múltiples viriones; la segunda inserta su
material genético en el cromosoma bacteriano
denominado profago
estableciéndose sin destruir al hospedador bajo el control de proteínas
represoras. Algunos profagos poseen genes que codifican para toxinas
bacterianas, como el caso del gen tox que se introduce en cepas de C.
Difhtheriae mediante un bacteriófago lisogénico Fago-B que codifica la toxina
diftérica (exotoxina) en ausencia de proteínas represoras.
2. Mecanismos de transferencia genética
El intercambio genético bacteriano permite la diversidad tras modificar de manera
permanente la composición genética de la bacteria receptora. Es un mecanismo de
transferencia horizontal, difiere de la transferencia vertical que se establece entre
progenitor y descendencia.
o Transformación
• Se da por medio solo de células competentes en captar ADN libre del
ambiente e incorporarlo a su propio genoma. En su mayoría el tipo de
ADN libre es partir de bacterias lisadas (muertas).
• Dicha competencia la adquieren bajo ciertas condiciones como la
inanición o intervención más invasivas de laboratorio como choque
térmico o la electroporación utilizando pulsos de alto voltaje.
• La incorporación y expresión de nuevos genes influye en su
patogenicidad
• Ciertas especies presentan capacidad natural de captación de ADN
exógeno por lo que se les denomina competentes naturales. - Murray
- Haemophilus influenzae
- Streptococcus pneumonia
- Genero Neisseria
- Genero Bacillus
• Experimento de Frederick Griffith: El experimento tenía como finalidad
desarrollar vacunas contra la neumonía. El tipo de bacteria usada fue
Streptococcus Pneumoniae (neumococo) un diplococo Gram positivo,
tanto la cepa R (rough sin capsula) y cepa S (smooth con capsula). El
polisacárido capsular es el principal factor de virulencia de la bacteria por
lo cual se explica porque cuando se inoculó la cepa S los roedores del
experimento morían, a diferencia con las cepas R. La transformación
bacteriana ocurre al mezclar bacterias S muertas con R vivas, estas
últimas son células competentes naturales y debido a ello podían
interiorizar y expresar las hebras de ADN libre de la célula muerta,
transformándose en bacterias virulentas.
o Conjugación
• Es la transferencia unidireccional de una hebra monocatenaria por medio
de contacto celular
a través del pilus sexual, estableciéndose un “puente”
por el contacto íntimo de las paredes celulares.
• Participan una célula donadora (macho) y receptora (hembra).
a) Células donadoras: Todo donador posee un plásmido
denominado Factor F el cual participa en la regulación de la
conjugación mediante la formación de pilus sexual, expresión de
proteínas que estabilizan la unión entre las células y genes que
dirigen la transferencia del ADN.
- Célula F+: Se transfiere una hebra de factor F,
previamente sintetizada, hacia la célula receptora la forma
una hebra completaría y se obtiene como resultado dos
células F+.
- Célula Hfr: El plásmido Factor F esta incorporado al
cromosoma bacteriano. Son denominadas células de alta
frecuencia (Hfr) dado que suelen iniciar la conjugación con
“más frecuencia” que las células F+.
b) Células receptoras: Son células que carecen de Factor F (F-).
o Transducción
• Transferencia de ADN entre bacterias a través de un bacteriófago, se
clasifica:
- Transducción generalizada: El bacteriófago virulento completa su
ciclo lítico; introduce y replica su material genético, forma
cápsides virales que envuelve en ADN viral y lisan a la bacteria. La
transducción ocurre en el empaquetamiento erróneo del genoma
bacteriano dentro de una cápside viral.
Los bacteriófagos líticos
producen muchas copias de sí mismos en un solo brote de
crecimiento.
- Transducción especializada: El ADN del bacteriófago se incorpora
dentro del genoma bacteriano, no obstante, este es atenuado y
permanecerá inactivo en el ciclo lisogénico denominándose
profago. Tras la activación por injuria a la célula, el ADN viral es
escindido llevando consigo fragmentos del ADN bacteriano por
error. Esto posibilita la transferencia de factores de virulencia
agrupados en islas de patogenicidad.
• Islas de patogenicidad son un conjunto de genes asociados a factores de
virulencia el cual al ser transport
ados por fagos favorece la conversión
bacteriana de una forma benigna a una patógena y con ello la infección.
• Mediante la transducción estos genes se transportan de bacteria a
bacteria y codifican las siguientes toxinas:
- Toxina de la colera → Vidrio Cholerae
- Toxina diftérica → Corynebacterium difhtheriae
- Toxina botulínica → Clostridium botulinum
- Toxina eritrogénica → Streptococcus pyogenes
o Transposición
• Denominados genes saltarines debido a que son elementos genéticos
móviles pueden cambiar de posición en el interior del genoma celular de
manera aleatoria por medio de transposones (descubiertos por primera
Bacteriofago
Virulento
Litico
(Transducción
general)
Atemperado
Litico
Lisogenico
(Transducción
especial)
vez en el maíz) ya sea en el propio cromosoma bacteriano, del
cromosoma hacia un plásmido o viceversa.
• Su replicación es dependiente del cromosoma.
• En las bacterias se clasifica dos tipos de transposones según su
estructura:
a) Transposones Simples
- Contiene elementos de Repetición Invertida (IR) y
genes que codifican la enzima transposasa, el cual
interviene en su propia escisión y transposición.
- Denominadas también como Secuencias de Inserción
(IS)
b) Transposones Complejos
- Poseen genes de resistencia a antibióticos además
de elementos IS en cada extremo.
- La recombinación de este tipo de transposones a los
plásmidos y su posterior transferencia a otra bacteria
por medio de la conjugación favorece el incremento
a la resistencia de antibióticos.
Transformación
Conjugación
Transducción
No
Sí
No
Sí
No
No
No
No
Sí
Sí
No
No
3. Mutación y reordenación genética
o Mutaciones puntuales: Es la alteración de un solo par de bases de ADN
modificando la conformación de un solo nucleótido.
- Sustitución: Es la unión con una base copiada sea por transición, mismo
grupo purina-purina o pirimidina-pirimidina o transversión, diferente
grupo purina-pirimidina o viceversa.
- Deleción: Consecuencia de perdida una o pares de base.
- Inserción: Consecuencia de una o varias bases extras añadidas.
o Mutaciones e interacción con antibióticos
- Las mutaciones puntuales conllevan a cambios en la posición de
aminoácidos en la proteína, en ciertos casos le proporciona una ventaja
selectiva al microrganismo, por ejemplo, evitando la unión del
antibiótico a su diana proteica favoreciendo su resistencia a los
antibióticos.
- Antibióticos tales como los macrólidos, tetraciclinas y aminoglucósidos
tiene como objetivo las proteínas ribosomales, mutaciones puntuales
en dichas proteínas inactivan su interacción con el antibiótico.
- La resistencia a la rifampicina por parte de Mycobacterium tuberculosis
se produce por una mutación puntual en la ARN polimerasa, evitando
así la interacción con el antibiótico.
BIBLIOGRAFIA
• Murray, Patrick, et al. Microbiologia Mdica. 7th ed., Elsevier Editora
Ltda., 2015.
• Jawetz, Ernest, et al. Microbiologa mdica [de] Jawetz, Melnick y
Adelberg. 25a ed, McGraw-Hill Interamericana, 2011.
• Karki, Gaurab. “Transposable Elements in Prokaryotes (Bacteria).” Online
Biology Notes, 20 Apr. 2020,
https://www.onlinebiologynotes.com/transposable-elements-in-
prokaryotes-bacteria/.
• “Experimentos clásicos: el ADN como el material genético
(artículo).” Khan Academy,
https://es.khanacademy.org/science/biology/dna-as-the-genetic-
material/dna-discovery-and-structure/a/classic-experiments-dna-as-the-
genetic-material.
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