Genética Bacteriana: Transposones, Mutaciones y Recombinación

Enviado por Programa Chuletas y clasificado en Biología

Escrito el 4 de Enero de 2025 en español con un tamaño de 10,13 KB

Los genes en los seres vivos no son estáticos, pudiendo en algunos casos cambiar su secuencia bajo ciertas condiciones, como las secuencias de inserción.

Elementos Transponibles: Transposones

Para la inserción se produce la rotura de las cadenas sencillas, mediante la enzima transposasa.
Los transposones o genes saltarines son segmentos de ADN capaces de moverse desde una posición a otra en el genoma, o desde el ADN cromosómico a un plásmido o viceversa.
El transposón se une a los extremos de las cadenas sencillas y se reparan las mismas que resultan de la replicación.
La importancia de la transposición viene dada porque estos elementos móviles pueden insertarse en plásmidos y favorecer la aparición de resistencia a antimicrobianos.

Variación Genética

Conjunto de mecanismos por los que las bacterias pueden variar su nivel de información:

Mutaciones en el ADN.
Adquisición de nuevos genes: transformación, conjugación, transducción y transposición.
Las mutaciones son cambios generalmente letales o heredables producidos por la alteración de la secuencia de bases en el ADN.
Las mutaciones se producen de forma espontánea o inducida por agentes mutagénicos (físicos o químicos).

Mutágenos

Los mutágenos físicos son: la luz UV, rayos X, rayos cósmicos y radiación gamma.

Los mutágenos químicos se diferencian en cuatro grupos: análogos de bases, agentes alquilantes, modificadores de bases y agentes intercalantes.

Tipos de Mutaciones

Pueden ser puntuales, en una sola base o por sustitución, inserción o delección de varias bases.
En sustitución se denomina transiciones, si se produce un cambio entre las bases del mismo grupo (púricas o pirimídicas), y si el fenómeno ocurre a la inversa transversiones.
Al cambiar la secuencia de los codones pueden traducirse para aminoácidos distintos, obteniendo como resultado una proteína mutada o no afectar a la traducción.
La mutación por inserción o delección de bases produce una modificación de la secuencia de bases en el ADN, que cambia todos los tripletes a partir de la zona de daño. Se produce raramente de forma espontánea y es típica de las radiaciones ionizantes y de determinados grupos de agentes químicos.

Expresión Fenotípica de las Mutaciones

Las mutaciones producen en la cepa mutada la pérdida o ganancia de una o varias habilidades, tales como:

Pérdida en la utilización de una o varias fuentes de C. Son frecuentes los mutantes defectivos para la lactosa (Lac -).
Pérdida de la capacidad de síntesis de uno varios aminoácidos y vitaminas.
La adquisición de resistencia a un antimicrobiano.
Alteraciones en la composición de los componentes superficiales de las bacterias: Glucocálix, flagelos.
Pérdidas de la síntesis principalmente de exotoxinas pero también de endotoxinas.

Recombinación Genética

Surge cuando dos elementos genéticamente distintos se combinan en uno. Comprende tres procesos: Transformación, conjugación y transducción.

Transformación

La TRANSFORMACIÓN es la adquisición de nuevos genes por parte de algunas especies bacterianas. Fue descubierta por Griffith en 1928 estudiando la infección gonocócica en ratones.

Griffith comprobó que la virulencia del neumococo guardaba relación con la presencia de una cápsula polisacárida.
La transformación puede ser natural o artificial. Algunas bacterias patógenas que se transforman en forma natural son Streptococcus pneumoniae, Neisseria gonorrhoeae y Haemophilus influenzae.
El desarrollo de la transformación artificial fue esencial para el avance de la tecnología del ADN, también llamada ingeniería genética.

Conjugación

La CONJUGACIÓN es la transferencia de ADN cromosómico o plasmídico, desde una bacteria donadora a una receptora, mediante contacto físico.

En bacterias Gram(-) la transferencia de ADN se hace a través del pili.
En bacterias Gram(+), las dadoras de ADN forman proteínas de contacto (adhesinas) en la superficie celular para receptores de superficie (un ácido lipoteicoico) de las células carentes de plásmidos, que obran como inductoras de adhesinas mediante la síntesis de feromonas (Streptococcus faecalis).
Se han hallado plásmidos R (resistencia a los antibióticos) conjugadores en Gram(+) como Streptococcus, Streptomyces y Clostridium.

Transducción

La TRANSDUCCIÓN, es la transformación de ADN mediada por bacteriófagos. Éstos pueden infectar a las bacterias con replicación masiva de los mismos - ciclo lítico- o bien integrarse en su genoma -ciclo lisogénico, haciéndose en este último caso más lenta la liberación de los fagos.

La integración del fago puede hacerse en un lugar predeterminado del cromosoma o bien al azar.
La transducción generalizada o no específica es la que generalmente se produce en el ciclo lítico. Cualquier secuencia genómica puede quedar unida a la del virus y convertirse en infectante para otras bacterias.
La transducción especializada tiene lugar preferentemente durante el ciclo lisogénico y en la misma se transfiere uno o varios genes concretos. Un ejemplo, es el de fago lambda en E. coli.

Nutrición Bacteriana

El Agua

Fuentes de agua:
- Endógena (procedente de óxido-reducciones)
- Exógena (la mayoría)
La disponibilidad de agua se mide como actividad de agua (potencial de agua; aw)
- en bacterias oligotróficas, aw está cercano a 1
- en bacterias que viven en sangre y fluidos, aw = 0.995
- en bacterias marinas, aw = 0.980
- ciertos bacilos Gram-positivos aguantan cierta sequedad (aw = 0.950)
- microorganismos xerófilos (aw en torno a 0.75)
  - arqueas halófilas extremas (Halobacterium)
  - levaduras sacarófilas, que viven en zumos y jugos

El CO₂

El CO₂ le hace falta a todos los procariotas
- los autótrofos lo requieren como fuente de C
  - quimioautótrofos, con energía de sustancias químicas
  - fotoautótrofos, con energía de la luz
- Las arqueas metanogénicas lo pueden usar como aceptor de electrones procedentes del H₂. Además, algunas lo usan también como fuente de C
- Los heterótrofos necesitan pequeñas cantidades de CO₂ para sus carboxilaciones en rutas metabólicas

Fosfatos

El P suele requerirse en forma de fosfatos
- bacterias que usan fosfatos orgánicos (poseen)
  - fosfatasas extracelulares (secretadas) en Gram-positivas
  - periplásmicas en Gram-negativas
- fosfatos inorgánicos

Sales minerales: cationes

K (en activación de enzimas; con ácidos teicoicos de Gram+)
Mg (estabiliza ribosomas, membranas y ácidos nucleicos; cofactor en reacciones con ATP; en clorofilas y bacterioclorofilas)
Ca (cofactor de enzimas como proteinasas)
Fe (en citocromos, FeS-proteínas; cofactor en enzimas)
Oligoelementos o micronutrientes
- Mn (cofactor de ciertas enzimas)
- Co (vitamina B12)
- Zn (estabiliza ADN-polimerasas y ARN-polimerasas)
- Mo (en molibdoflavoproteínas, en la nitrogenasa)
- Ni (en hidrogenasas)

Nutrientes particulares

Elementos N y S pueden ser cubiertos de modos distintos, según capacidades biosintéticas

En forma combinada inorgánica oxidada:
- NO₃- (acción de nitratorreductasas y nitritorreductasas asimilatorias) à NH3 à N orgánico
- SO₄- (se activa con ATP, y luego se reduce a SO₃- y finalmente hasta SH₂à entra a comp. Orgánicos
En forma combinada reducida
- N reducido inorgánico: NH4+
- S reducido inorgánico: S2-, SH-
- N reducido orgánico: aminoácidos, péptidos
- S reducido orgánico: cisteína

Mediciones de masa bacteriana en cultivo líquido

Los métodos más comunes incluyen:

a) Turbidez: la opacidad del líquido del cultivo bacteriano- es una estimación del total de bacterias [vivas y muertas]- Esta se cuantifica usualmente con un espectrofotómetro
b) El número de bacterias viables en un cultivo- se determina contando en número de colonias que crecen después de sembrar un volumen conocido sobre una placa (conteo en placa ó UFC). En ambos casos se grafica el logaritmo de la turbidez o el número de células vivas contra el tiempo y a este se le llama curva de crecimiento. El tiempo de generación se define como el tiempo requerido para duplicar la masa bacteriana del cultivo.

Curva de crecimiento