Conjugación Bacteriana: Mecanismos de Transferencia Genética en Procariotas (F+, Hfr, F')

Conjugación Bacteriana: Transferencia del Plásmido F (F+)

La conjugación es un proceso fundamental en la transferencia genética bacteriana. En el tipo F+, la célula donadora (F+) posee un factor extracromosómico, el plásmido F, que porta los genes necesarios para la formación del pili sexual y la transferencia del plásmido.

Mecanismo de Transferencia del Plásmido F

El pili sexual se utiliza para establecer contacto entre las células F+ y F-, retrayéndose una vez que se ha logrado la unión. A continuación, la célula F+ se prepara para la transferencia de ADN. El factor F se replica mediante un mecanismo de círculo rodante. El relaxosoma, un complejo de proteínas, inicia la replicación al realizar un corte en una cadena del factor F, específicamente en el OriT (origen de transferencia). La relaxasa, una enzima clave, permanece unida al extremo 5' de la cadena rota. A medida que el factor F se replica, la cadena desplazada y la relaxasa se mueven hacia la célula receptora. Una vez transferido el plásmido, la cadena entrante se copia para producir un ADN bicatenario. La frecuencia de recombinación cromosómica es baja en este tipo de conjugación, ya que los genes cromosómicos rara vez se transfieren junto con el factor F independiente.

Características del Plásmido F

• Se transfiere por contacto directo.
• No mata al hospedador.
• No se libera al medio extracelular.
• Posee propiedades de fago atemperado de tipo lambda.

Partes del Plásmido F

• Porción tra: Contiene genes que codifican funciones relacionadas con la transferencia conjugativa, como los necesarios para la biosíntesis y el ensamblaje de los pili sexuales.
• Secuencias de inserción: Permiten la integración del factor F en varios lugares del cromosoma bacteriano.
• Dos secuencias Ori:
  • OriV (origen de replicación vegetativa): Para la replicación autónoma del plásmido.
  • OriT (origen para la transferencia conjugativa): Punto de inicio de la transferencia de ADN.

Conjugación Hfr (High Frequency Recombination)

En este tipo de conjugación, también mediada por el factor F, la célula donadora transfiere genes cromosómicos con gran eficacia, pero las células receptoras no se convierten en F+. La cepa donadora se denomina Hfr.

Mecanismo de Transferencia en Hfr

Las cepas Hfr contienen el factor F integrado en el cromosoma bacteriano, en lugar de libre en el citoplasma. Cuando está integrado, el operón tra del plásmido F sigue siendo funcional. No obstante, el factor F no se autotransfiere de forma completa, sino que dirige la transmisión de una porción del cromosoma del huésped. El paso de ADN comienza con un corte en el sitio de origen de transferencia (OriT) del factor F integrado. A medida que se replica, el ADN cromosómico y parte del factor F se transfieren a la célula receptora. La célula F- no se convertirá en F+ a menos que se transfiera todo el cromosoma, lo cual es un evento raro debido a la interrupción del contacto antes de la transferencia completa.

Características de la Conjugación Hfr

• Recombinación con una frecuencia muy alta de genes cromosómicos.
• Las cepas Hfr no convierten en fértiles a las células F- (es decir, no las transforman en F+).
• El factor F se replica conjuntamente con el cromosoma de la bacteria (actúa como un episoma).
• En un cultivo F+ normal, existe una pequeña proporción de células Hfr, responsables de la baja frecuencia de recombinantes observada en los cultivos F+.

Descubrimientos Clave: Jacob y Wollman

Jacob y Wollman demostraron que la transferencia de genes en la conjugación Hfr es unidireccional y lineal. El orden de aparición de los marcadores genéticos se deduce del momento de su transferencia y de la frecuencia de recombinación. Además, el orden de aparición del marcador y su frecuencia final proporcionan una estimación de su distancia con respecto al origen de transferencia. Por lo tanto, cada marcador tiene un tiempo de entrada inicial característico.

Formación del Plásmido F'

El plásmido F' se forma a partir de una cepa Hfr mediante procesos de escisión del factor F integrado.

Escisión Exacta

Este proceso implica los extremos del factor F integrado. El corte se produce precisamente en las secuencias de inserción que delimitan al episoma. Como resultado, la cepa Hfr vuelve a ser una célula F+ autónoma, con un plásmido F idéntico al original.

Escisión Imprecisa

En este caso, están implicadas secuencias diferentes a las que flanquean el episoma. El factor F, al escindirse, adquiere fragmentos de genoma bacteriano adyacentes al lugar donde estaba integrado. Estos son plásmidos F autónomos que han adquirido e incorporado permanentemente genoma bacteriano, y se denominan F'.

Conjugación F'

La conjugación F' consiste en la transferencia de un plásmido F' de una célula donadora F' a una célula receptora F- (F' x F-). La célula receptora adquiere este plásmido F', por lo que la célula F- se convierte en F' fértil.

A diferencia de los cruces F+ x F-, el plásmido F' transfiere ADN cromosómico (los genes que ha adquirido) a altas frecuencias, además de su propio material genético.

Resumen de Tipos de Células en Conjugación Bacteriana

F+

Características: Contiene un plásmido F circular separado del cromosoma. Papel: Célula donadora del plásmido F.

F-

Características: Ausencia del plásmido F. Papel: Célula receptora.

Hfr

Características: Plásmido F integrado en el cromosoma bacteriano. Papel: Célula donadora de alta frecuencia de genes cromosómicos.

F'

Características: Contiene un plásmido F circular separado que ha adquirido genes bacterianos. Papel: Célula donadora de plásmido F' y de los genes cromosómicos adquiridos.