Tema 5 - BioScripts

Genética Microbiana
Tema 5
Genomas
bacterianos
El genoma de las bacterias, igual que el de todos los
organismos celulares, está formado por DNA bicatenario
Cromosoma =
Plásmido
=
DNA esencial
DNA prescindible
Nucleoide: estructura nucleoproteica, no separada del
citoplasma, invisible al microscopio óptico
met
bio
bio
leu
leu
met
pyr
str
bio
pyr
pyr
leu
str
str
met
Cairns, 1963
Genoma de
Escherichia coli,
estirpe K12
1 cromosoma circular – 4600 kb
1 plásmido circular (F) – 100 kb
Genoma de
Escherichia coli,
estirpe B
1 cromosoma circular – 4600 kb
Genoma de
Salmonella enterica,
ser. Typhimurium
1 cromosoma circular – 4700 kb
Genoma de
Salmonella enterica,
ser. Typhi
1 cromosoma circular – 4700 kb
1 plásmido de virulencia
70-100 kb
Genoma de
Rhodobacter
sphaeroides
2 cromosomas circulares
Genoma de
Rhizobium meliloti
Genoma de
Agrobacterium
tumefaciens C58
1 cromosoma circular
2 megaplásmidos
1 cromosoma lineal
1 cromosoma circular
2 plásmidos circulares
Genoma de
Borrelia burgdorferi,
estirpe B31
Lineal, tipo Borrelia
5’
Circular,
tipo E. coli
5’
Lineal, tipo Streptomyces
Tamaños de cromosomas bacterianos (kb)
Mycoplasma genitalium
Mycoplasma pneumoniae
Borrelia burgdorferi
Chlamydia trachomatis
Rickettsia ricketsii
Haemophilus influenzae
Neisseria gonorrhoeae
Vibrio cholerae
Clostridium perfringens
Mycobacterium tuberculosis
Escherichia coli
Salmonella typhi
Anabaena sp.
Myxococcus xanthus
585
800-840
910-925
1045
1270
1980-2100
2200-2300
3200
3650
4400
4600-5300
4780
6400
9200
Tamaños de cromosomas bacterianos (kb)
dentro de un mismo grupo taxonómico
Pseudomonas fluorescens
Pseudomonas stutzeri
Pseudomonas putida
Pseudomonas syringae
Pseudomonas solanacearum
6630
3060-4640
3610-5960
5640
5550
Escherichia coli
% ORFs
Tamaño (aa)
Evolución de los genomas bacterianos
Mecanismos de cambio en el número de genes:
•Duplicación
•Pérdida
•Adquisición
Alta plasticidad de los genomas bacterianos
Profagos en diferentes estirpes S. enterica serovar
Typhimurium
Fels-1
LT2
Gifsy-2
Gifsy-2
14028
Gifsy-3
Fels-2
St64B
Gifsy-1
Gifsy-1
P22
Gifsy-2
SL1344
SopEΦ
Gifsy-1
St64B
Gifsy-2
DT104
Gifsy-1
St64B
Evolución de los genomas bacterianos
Categoría
Genes que codifican proteínas (totales)
Biosíntesis de metabolitos
Envuelta celular
Metabolismo energético
Metabolismo intermediario
Metabolismo de lípidos
Replicación, reparación y recombinación
Plegamiento de proteínas
Regulación
Maquinaria de transcripción
Maquinaría de traducción
Entrada de moléculas desde el medio
Número de genes
Escherichia coli K12 Haemophilus influenzae Rd Mycoplasma genitalium
4288
1727
470
292
175
25
237
84
17
243
112
31
188
30
6
48
25
6
115
87
32
9
6
7
178
64
7
55
27
12
182
141
101
427
123
34
Buchnera aphidicola
Simbionte obligado, no cultivable
Divergencia desde un antecesor común con las
Enterobacterias, hace 200-250 millones de años
Genoma:
1 cromosoma de ~600 kb
(544 genes + 9 seudogenes)
1 plásmido de 2,3 kb
25% G+C
“Evolución reductiva”
2µ
0,5 µ
lacI
lacZ
lacY
lacA
7 kb
1 A = 10-10 m
1 µ = 10-6 m
1 par de bases = 3,4 A
7.000 pares de bases = 23.800 A = 2,38 µ
Proteína
Estructura
Peso mol.
(subunidades)
subunidad(es)
Función
Cont./cél.
HU
αβ
9,5 / 9,5
Envoltura
HN-S
α2
15,4
Unión a
30.000
DNA curvado
FIS
α2
11,2
Curvatura
20.000
IHF
αβ
11,2 / 10,5
Curvatura
20.000
Otras proteínas del nucleoide:
Dps, StpA, CbpA, Rob, Hfq, Lrp, IciA, DnaA, SeqA
40.000
Evelyn Witkin
Mutagénesis de E. coli
con UV
Dilución y siembra en
medio indicador
Colonias Lac+ y
Lac+ / Lacsectoreadas (~1/300)
Recrecimiento de los
supervivientes
en la oscuridad
Conclusión:
El grado de ploidía es superior a uno
Dilución y siembra en
medio indicador
Colonias Lac+ y Lac- (~1/1000)
¿Cuántas copias del cromosoma tiene E. coli?
Clon puro
Colonia no sectoreada
Clon mixto
Colonia sectoreada
1/2
Colonia sectoreada 1/4
División
División
Propiedades conferidas por plásmidos bacterianos
1. Resistencia (antibióticos, quimioterápicos, cationes
metálicos, aniones, radiación, bacteriocinas)
2. Propiedades metabólicas
metabolismo de carbohidratos (ej. lactosa)
metabolismo de moléculas complejas (ej. tolueno)
fijación de nitrógeno
metabolismo de opinas
3. Propiedades relacionadas con patogénesis
o simbiosis
4. Conjugación
5. ¿?
Ejemplos de plásmidos bacterianos
Tamaño
(kb)
Copias /
célula
Propiedades
F
100
1
Conjugación
ColE1
7
30-40
Producción de colicina
Inmunidad a colicina
pSLT
98
1
Virulencia (enf. sistémica)
R1
102
3-4
Resistencia múltiple a
antibióticos
Tol
77
1-2
Degradación de hidrocarburos
Detección de plásmidos
Métodos genéticos
Curación (espontánea o inducida)
Transferencia por conjugación
Métodos físicos
Gradiente de densidad en Cl2Cs
Electroforesis en gel
+
Densidad del DNA
+
Depende de la composición
(C + G >> A + T)
Agentes intercalantes (ej. bromuro
de etidio) disminuyen la densidad
del DNA
Las moléculas de DNA lineal
acumulan más bromuro de etidio
que las moléculas circulares
Extracción de DNA
El cromosoma se fragmenta
Los plásmidos circulares
permanecen intactos
Adición de bromuro de etidio:
los fragmentos cromosómicos
acumulan más BrEt que
los plásmidos
C
P
Permite la separación de fragmentos de DNA de
distinto tamaño
En la separación influye la topología de la molécula
de DNA
Geles de agarosa (a una concentración apropiada)
Geles de poliacrilamida
Electroforesis en gel de agarosa
Patrones de tamaño
(DNA lineal)
Preparación de DNA plasmídico
DNA cromosómico
Relajado
Lineal
Superenrollado
Replicación de plásmidos
• Puede depender de funciones celulares
– F y P1 requiren dnaA
– ColE1 no codifica ninguna proteína de
replicación
• Plásmidos pequeños suelen ser
independientes
– ColE3 no requiere DnaA para iniciar; no
requiere síntesis de proteína
– Amplificación con cloranfenicol
Tipos de Replicación
• Theta (Cairns)
– Generalmente bi-direccional
– R100 y ColE1 son unidireccionales
• Sigma (como círculo rodante pero sin
concatémeros)
– Primero una cadena y luego la complementaria
• Verdadero círculo rodante
– Genera concatémeros
Número de copias
– Ratio plásmido/cromosoma
– Plasmidos grandes-bajo número
– Medida por tasas de mutación
Reparto
• Proceso que asegura una separación
simétrica de plásmidos durante la
división celular
• Importante en plásmidos de bajo
número
Módulos de adicción
Hok/Sok (host killing / suppressor of host killing)
Hok es una proteína más estable que Sok
En una célula que herede el plásmido, se fabrican Hok
y Sok
En una célula que no reciba plásmido, Sok desaparece
antes que Hok y la célula muere
Sok es un RNA antisentido que se une al mRNA de Hok y
que se degrada rápidamente por la exonucleasa III