Recombinacion bacteriana
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El documento resume los principales mecanismos de transferencia genética horizontal en bacterias: conjugación, transducción y transformación. La conjugación involucra el contacto directo entre células a través de plásmidos conjugativos. La transducción implica la transferencia de ADN a través de bacteriófagos. La transformación es la incorporación de ADN exógeno por células competentes. Estos mecanismos permiten a las bacterias intercambiar genes y adaptarse a nuevos ambientes.
Recombinacion bacteriana
- 2. • Las bacterias presentan diferentes mecanismos por las cuales sus genes pueden transferirse de una célula a otra; aún cuando en una célula ha ocurrido una mutación, esta puede ser transferida. • La transferencia genética es unidireccional y va de una célula donadora a una célula receptora. • La donadora solo cede una pequeña parte de su ADN a la receptora. • Los genes bacterianos generalmente se transfieren a miembros de la misma especie, aunque ocasionalmente lo hacen a otras especies diferentes.
- 3. TRANSFORMACION • Fragmentos de ADN exógeno o ADN transformante (tamaño superior a 3 x 105 dalton y longitud comprendida entre 5 x 106 y 15 x 106, que equivale a 200.000 pares de bases) con estructura helicoidal intacta pueden unirse a células bacterianas competentes y entrar en su interior. La entrada de estos segmentos necesita de la presencia de iones de k+, Mg++ y Ca++. • El ADN entra en el espacio periplasmático, entre la pared celular y la membrana plasmática, allí una endonucleasas corta las dobles hélices en fragmentos de menor tamaño, posteriormente se degrada una de las dos hélices, de manera que lo que entra en el citoplasma es ADN de una hélice (monocatenario).
- 4. Experimento de Frederick Griffith realizado en 1928 en cepas de Streptococcus pneumoniae (neumococo) utilizando cepas lisas, virulentas ; y cepas rugosas avirulentas Este experimento fue corroborado por Avery, Mc Leod, y Mc Carty, en 1944cultivaron cepa S y: 1. Produjeron extracto de lisado de células (extracto libre de células). 2. Luego que los lípidos, proteínas y polisacáridos se removieron, el estreptococo aún conservó su capacidad de replicar su ADN e introducirlo en neumococo R.
- 5. • Como conclusión de sus trabajos, dedujo que existía un “principio transformante” que podía transferirse de unas bacterias a otras y que alteraba las características hereditarias de las células receptoras, ya que diferentes formas no patógenas de neumococos podían convertirse en virulentas al entrar en contacto entre sí. Avery, Mc Leod y Mc Carty en 1944 extrajeron ADN de neumococos virulentos y lo pusieron en contacto con neumococos avirulentos, observando posteriormente que estos presentaban capsula y por lo tanto infectaban a los conejos; comprobaron que únicamente el ADN era capaza de producir esta transformación. De todo ello dedujeron que el principio transformante de Griffith era el ADN y que, por lo tanto, al menos en bacterias, esta molécula no tenía el carácter estructural que se le suponía, sinó que era “la responsable de todas las actividades bioquímicas y características específicas y heredables de las células” (en otras palabras: el ADN es el portador fundamental de la información genética).
- 6. Factores que afectan la transformación • Tamaño del ADN: generalmente el ADN de doble cadena debe ser al menos 5 x 10 5 d. • Competencia de la célula receptora: Algunas bacterias sólo toman el ADN solo cuando se encuentran al final de la fase log, cuando producen una proteína específica llamada “factor de competencia”. Algunas bacterias incorporan el ADN en forma natural mientras que en otras hay que inducirlas.
- 7. Pasos de la Transformación A) Incorporación del ADN: En bacterias Gram + el ADN ingresa como moléculas de cadena sencilla y la complementaria se sintetiza al interior de la célula receptora. En Gram -, incorporan ADN de doble cadena. B) Recombinación: la recombinación es recíproca entre el cromosoma y el ADN de la célula donadora. Debe existir homología y la participación de los genes rec A, B y C Importancia: La transformación ocurre en la naturaleza en forma normal y la transformación in vitro es usada ampliamente en la tecnología del ADN recombinante.
- 8. Transducción Es la transferencia genética desde un receptor a un donador a través de un bacteriófago. La transferencia ocurre entre miembros de una misma especie bacteriana. La transducción está relacionado con el ciclo de vida del virus. Común en bacterias Gram +
- 9. Transducción • Adsorción • Unión irreversible • Contracción del collar • Inyección del ADN
- 10. Ciclo Lítico de multiplicación del Fago • Eclipse • Acumulación intracelular • Lisis y liberación
- 11. Ciclo lisogénico de multiplicación del fago • Integración (profago) • Replicación simultánea
- 12. • Transducción generalizada: Cual gen del donante tiene la misma probabilidad de ser transferido. El ADN se corta en pequeñas piezas y uno o mas segmentos pueden ser empacados en la cabeza viral y luego ser transferidos • Transducción específica: Solo se traducen genes que están pegados al sitio de inserción del fago; está mediada por fagos lisogénicos o temperados.
- 13. Conjugación bacteriana • Fue descubierto por Joshua Lederberg y Edward Tatum en 1946 • Es la transferencia del ADN desde una célula donadora a una receptora, mediante contacto físico entre las dos células. • Célula donadora = Célula macho (F+) • Célula receptora = Célula hembra (F-) • La transferencia es unidireccional. • Es promovido por determinados tipos de plásmidos, que portan un conjunto de genes cuyos productos participan en el proceso,
- 14. • Tipos de Células: a) Donadora: Presenta el factor F (plásmido) o de fertilidad, capaz de producir el pili sexual. (F+). Se replica independientemente. b) Receptora: Carecen de factor F (F-) c) Célula Hfr: (episoma). Cuando el factor F se encuentra integrado al cromosoma. Cuando el factor F se separa del cromosoma Hfr, lleva algunos genes cromosomales y se convierte en F’
- 15. Mecanismo de la conjugación a) Cruces F+ x F-: La punta del pelo sexual se pone en contacto con la receptora, formándose un puente de conjugación, a través del cual pasa el ADN del donador al receptor, protegiéndose de las nucleasas que se encuentran en el ambiente. b) El ADN del plásmido se corta en el sitio origen de la transferencia y pasa una sola hebra y en su interior se forma la cadena complementaria. La receptora se convierte en F+ y la donadora permanece F+ pero presenta una baja frecuencia de recombinación.
- 16. • Los cruces Hfr x F-, en este caso el ADN que se transfiere primero es el del cromosoma y luego puede transferirse el plásmido. • Normalmente la receptora no recibe el factor F en este tipo de cruces permaneciendo como F-. • Los cruces F’ x F- dan como conjugantes a F’ debido a que el receptor adquiere genes cromosomales.
- 17. Elementos Genéticos Transponibles • Son segmentos de ADN que tienen la capacidad de moverse de una localización a otra (genes saltarines). Propiedades: a) Pueden moverse desde cualquier molécula de ADN a cualquier otra molécula de ADN. b) No existen de manera autónoma, para ser replicados necesitan de algún otro replicón. c) La transposición requiere poca o ninguna homología entre la localización actual y el nuevo sitio, está mediada por una transposasa (recombinación no homóloga). d) En algunos casos el elemento genético transponible se replica en su sitio de origen y la nueva copia se moviliza al nuevo sitio.
- 18. Tipos de Elementos Genéticos Transponibles a) Secuencias de Inserción: Son elementos genéticos transponibles que llevan genes desconocidos, a excepción de los que se requieren en la transposición; se les designa IS seguida por un número (ej. ISI 1). Son pequeños tramos de ADN, que en sus extremos tienen secuencias repetitivas involucradas en la transposición.
- 19. • Secuencias de Inserción • Secuencias IR (del inglés Inverted Repeat), IRL para la secuencia del extremo izquierdo e IRR para la del extremo derecho. Actúan como secuencias de reconocimiento por parte de la enzima transposasa conocida también como Tpasa, codificada por el propio elemento. • IRL II e IRR II secuencia implicada en la unión de la enzima Tpasa; IRL e IRR I secuencia de corte. • La región interna codifica para la Tpasa, polipéptido de 300 a 400 aminoácidos, y responsable del proceso de transposición. • DR, secuencias de repetición directa. No pertenecen al elemento y se originan por la duplicación de la secuencia blanco, lugar donde se produjo la inserción. Su longitud y composición de bases son características propias de cada elemento IS.
- 20. • b) Transposones: Son elementos genéticos transponibles que llevan uno o más de otros genes. Se les designa Tn seguida por un nº. Su importancia radica en que muchos genes de resistencia a los antibióticos se localizan en transposones.
- 21. Tipos de transposición • Transposición conservativa: el transposón sale de la sede donadora que queda vacía y se incorpora en una nueva sede (sede receptora). No aumenta el número de copias del transposón en el interior de la célula. • Transposición replicativa: el transposón permanece en la sede donadora y mediante un mecanismo combinado de replicación y recombinación se incorpora en la sede aceptora. Aumenta el número de copias del transposón en el interior de la célula.
- 22. Plásmidos • Son elementos genéticos extra cromosomales con capacidad autoreplicativa. • Episoma: Plásmido integrado al cromosoma bacteriano.
- 23. Clasificación de los Plásmidos 1. Propiedades de Transferencia: a) Plásmidos conjugativos: son los mediadores del proceso de conjugación, son grandes, tienen los genes necesarios para su replicación y transferencia. b) Plásmidos no conjugativos: No pueden conjugarse, son mas pequeños y carecen de uno o más de los genes necesarios para la transferencia del ADN. Pueden transferirse solo si se unen a un plásmido conjugativo. c) Plásmidos cripticos: no se les conoce rasgos fenotípicos.
- 25. 2. Efectos en el fenotipo • Plásmidos de resistencia (factores R): presentan los genes FTR (factor de transferencia de resistencia) y el gen de DR (determinante de resistencia) • Resistencia a metales pesados (por ejemplo, resistencia a mercurio). • Plásmidos de virulencia: producción de toxinas, factores de penetración en tejidos, adherencia a tejidos del hospedador, etc., en ciertas bacterias patógenas. • Producción de bacteriocinas (proteínas tóxicas producidas por bacterias que matan a otras de la misma especie). • Producción de sideróforos (quelatos para secuestrar iones Fe3+). • Utilización de determinados azúcares. • Utilización de hidrocarburos, incluyendo algunos cíclicos recalcitrantes (degradación de tolueno, xileno, alcanfor, etc.) en Pseudomonas. • Inducción de tumores en plantas (plásmido Ti de Agrobacterium tumefaciens). • Interacciones simbióticas y fijación de nitrógeno en ciertos Rhizobium. • Plásmidos de fertilidad