Transferencia Genética en Bacterias: Mecanismos y Fisiología

Membranas Arqueas

Las membranas arqueas se componen de moléculas que difieren mucho de las que se encuentran en otras formas de vida. Las bacterias tienen membranas compuestas principalmente de lípidos unidos con glicerol mediante enlaces éster, mientras que en las arqueas los lípidos se unen al glicerol mediante enlaces éter. La diferencia entre estos dos tipos de fosfolípidos es el tipo de enlace que los une al glicerol. Las bacterias también contienen algunos lípidos con enlaces éter, pero a diferencia de las arqueobacterias, estos lípidos no forman una parte importante de sus membranas. Las arqueas utilizan enzimas completamente diferentes para sintetizar sus fosfolípidos de los que utilizan las bacterias y eucariotas. En tercer lugar, las colas lipídicas de los fosfolípidos de las arqueobacterias tienen una composición química diferente a las de otros organismos. Los lípidos arquobacterianos se basan en largas cadenas con múltiples ramas laterales. Los ácidos grasos que hay en las membranas de otros organismos, tienen cadenas rectas sin ramificaciones ni anillos.

Transducción Generalizada

El ADN celular, que puede proceder de cualquier parte del genoma, pasa a formar parte de la partícula vírica madura. La bacteria se infecta con un fago y se lleva a cabo un ciclo lítico. Los enzimas responsables del empaquetamiento del ADN vírico a veces introducen ADN del hospedador de forma accidental, dando lugar a una partícula transductora. Las partículas se liberan por lisis de la célula, pero no pueden producir una infección normal, por eso se les denomina partículas defectivas. El ADN penetra en una nueva célula bacteriana a través de la partícula transductora.

• Si los genes del donador no sufren recombinación homóloga con el cromosoma de la bacteria receptora se perderán.
• Si se produce recombinación se forma una célula transducida.

Los fagos capaces de producir partículas transductoras pueden ser atemperados o líticos. El único requisito es que el fago posea un mecanismo de empaquetamiento que sea capaz de un reconocimiento accidental del ADN hospedador.

Transducción Especializada

Ocurre en virus atemperados. El ADN de una región específica del cromosoma se integra en el genoma del virus, reemplazando algunos genes del virus. En este tipo de transducción una pequeña región del cromosoma se replica independientemente del resto. Vamos a ver el ejemplo de la transducción de genes de la galactosa en E. coli por el fago λ atemperado que se integra cerca de los genes que codifican para los enzimas responsables de la utilización de la galactosa.

• Al integrarse la replicación del ADN vírico depende del hospedador.
• Por inducción el ADN vírico se separa mediante un proceso inverso al de integración.
• En raras condiciones el genoma se escinde de forma incorrecta y algunos de los genes adyacentes (a la región de la galactosa) se escinde junto con el fago. Al mismo tiempo los genes del fago se quedan en el cromosoma.
• Se forman partículas defectivas (λdgal) que no forman fagos maduros.
• En presencia de un fago auxiliar (fago λ) se forman partículas de virus.
• Si se infecta una cepa galactosa negativa con el fago λ y λdgal obtendremos una cepa galactosa positiva.

Plásmido F

Contiene:

1. Una región del plásmido contiene los genes de regulación de la replicación del ADN:
   • inc: grupo de incompatibilidad.
   • oriS: origen de replicación.
   • rep: funciones de replicación.
2. Elementos transponibles relacionados con su capacidad para funcionar como episoma. Estas mismas secuencias están presentes también en distintos puntos del cromosoma de E. coli, lo que permite la recombinación entre el plásmido y el cromosoma y la integración originando cepas Hfr: IS2, dos IS3, gamma.
3. Una región que contiene los genes responsables de la resistencia a fagos específicos de F-.
4. Una gran región tra que contiene genes que permiten su transferencia. Algunos de estos genes están relacionados con la síntesis del pelo sexual. Estos pelos sólo los tienen las células donadoras y permiten el apareamiento específico entre la célula receptora y la donadora. Otros genes intervienen en fenómenos de exclusión superficial, de estabilización del cruce y en la transferencia del ADN.

Las alteraciones que se producen en la célula por la presencia del plásmido F son las siguientes:

• Capacidad de sintetizar pelo sexual.
• Movilización del ADN para su transferencia a otra célula.
• Alteración de los receptores específicos de superficie, de modo que la célula no es capaz de comportarse como receptora de la conjugación.

Fisiología de la Conjugación (4 etapas)

Formación de agregados inestables

Toma de contacto entre las células mediante los pelos sexuales. El ápice de dichos pelos interacciona con receptores específicos presentes en la membrana externa de F-. Las células quedan unidas formándose agregados de conjugación. Se produce alteraciones en la base del pelo sexual que trae como consecuencia una retracción que hace que las células F- se acerquen a las F+. Estos agregados son inestables.

Estabilización del cruce

El cruce se estabiliza por un proceso en el que intervienen diferentes genes de la región tra. Este proceso es interrumpido por el fenómeno de exclusión superficial llevada a cabo por productos de genes de la región tra. Esta exclusión superficial es la que impide el cruce F+ x F+.

Transferencia del ADN

La estabilización del cruce va seguida por la transferencia de ADN plasmídico o cromosómico en el caso de Hfr. Establecimiento de un poro o canal de conjugación causado por la fusión de estructuras celulares en el punto de contacto.

• Se produce la rotura en OriT.
• Se produce la transferencia a través del poro en dirección 5'-3'.
• En el poro el extremo 5' quedaría unido al complejo endonucleasas. La energía de rotura del enlace fosfodiéster queda almacenada en el complejo para su transferencia.
• Interviene una helicasa (para la desnaturalización del ADN). Esta se localiza también en la membrana a nivel del poro.
• Simultáneamente se produce la síntesis de ADN en ambas cadenas por el modelo de replicación del círculo rodante.
• Cada célula al final del proceso contiene un plásmido completo.
• Se religan los extremos 5' y 3'.

Desagregación activa

Se produce la desagregación de forma activa. Si se interfiere este proceso, como ocurre en el caso de Hfr x F-, la alteración de las envolturas celulares durante un tiempo largo da lugar a la muerte de la célula receptora en un fenómeno denominado Zigosis letal.