genetica bacteriana [Modo de compatibilidad]

GENÉTICA
BACTERIANA
Genética Bacteriana
Pssst!! Oye chico quieres ser un Súperbicho?
Pega unos de estos en tu genoma…Ni la
penicilina podrá dañarte
Me
enfermas!!!
Mutación y mutantes
•
Mutación cambio hereditario en la secuencia de bases del material genético
•
El efecto de la mutación (cambio genotípico) sobre el fenotipo puede ser
observable o no
Nomenclatura
•
Genotipo se designa convencionalmente con tres letras minúsculas seguidas de
una letra mayúscula. Por ejemplo, el gen hisC de E.coli. Las mutaciones en el gen
hisC se designan como hisC1, hisC2, y así sucesivamente.
•
Fenotipo se designa por una letra mayúscula seguida de dos letras minúsculas, con
un signo más o menos como superíndice para indicar la presencia o ausencia de
tal carácter. Por ejemplo, una cepa His+ indica que la bacteria es capaz de
sintetizar su propia histidina, no asi una cepa His-
Aislamiento de mutantes
Descripción
Naturaleza del cambio
Detección del mutante
Inmóvil
Pérdida de flagelos, flagelos no funcionales
Colonias compactas en lugar
de planas y extendidas
No capsulado
Pérdida o modificación de la cápsula
Colonias pequeñas y rugosas
en lugar de lisas y brillantes
Colonia rugosa
Pérdida o cambio lipopolisacárido de la capa
externa
Colonias granulosas e
irregulares en lugar de lisas y
brillantes
Resistencia a
virus
Pérdida de receptor de virus
Crecimiento en presencia de
grandes cantidades de virus
Auxótrofo
Pérdida de una enzima en una vía
biosintética
Incapacidad de crecer en
medio carente del nutriente
Fermentación
de azúcares
Pérdida de una enzima en una vía
degradativa
Pérdida de cambio de color en
medio conteniendo el azúcar y
un indicador de pH
Resistencia a
antibióticos
Alteración de la permeabilidad al compuesto,
modificación de su diana, bombas de
exporte.
Crecimiento en medio que
contiene una concentración
inhibitoria del antibiótico
Mutantes nutricionales
Protótrofo
Bacterias
silvestres
capaces de crecer en medios mínimos
(iones, fuente de carbono y agua)
sintetizando autónomamente todas
las macromoléculas esenciales
Auxótrofo Bacterias generalmente
mutantes incapaces de fabricar alguna
molécula esencial y, por tanto,
incapaces de crecer en medio mínimo.
Vías de intercambio de genes entre bacterias
Descubrimiento de la conjugación
Descubrimiento de la conjugación
Joshua Lederberg
Edward Tatum
1946 E. coli
A
B
met - bio- thr+ leu+ thi+
met+ bio+ thr – leu – thi -
Protótrofos consecuencia de intercambio
genético y recombinación frecuencia 1/107
Bernard Davis
Contacto físico esencial
para la transferencia génica
y recombinación
Sembrar en medio mínimo
No se recuperaron protótrofos
William Hayes
1953 E. coli
F + / macho
Factor de fertilidad (plásmido F)
F - / hembra
Interacción física fase inicial del proceso de conjugación
mediada por el pilus sexual o F
• Células F+ poseen un factor
de fertilidad y pueden
donar material genético
Cruza
células F+ X células FTodas Células F+
• Células F- células que
pueden recibir DNA y por
recombinación lo integran
en su genoma
Por tanto, el factor F es un
elemento móvil
• Plásmido F codifica alrededor
de 100 genes, alrededor de 19
productos
génicos
están
implicados en la transferencia
de
información
génica
incluyendo aquellos para la
formación de los pilli
Conjugación
Plásmido F
La conjugación se inicia cuando la célula
F+ sintetiza el pilus y lo extiende hacia la
célula F-
Cromosoma bacteriano
Una vez adherido el pilus a la superficie
dela célula F- se retrae acercando a las dos
células
Una cadena del plásmido F es cortada.
Esa cadena se desplaza hacia la otra
célula
A medida que la cadena entra, se
produce la síntesis complementaria del
DNA en ambas cadenas
Al término de la conjugación ambas
bacterias tienen una copia íntegra del
plásmido F, por tanto ambas son F+
Exconjugantes
• La frecuencia de transferencia del factor F es
mayor que la frecuencia de recombinantes
para marcadores genéticos
• el plásmido F no es el responsable de los
fenotipos silvestres después de la conjugación
Células Hfr (high frecuency recombination)
El plásmido F es capaz de
integrarse al cromosoma
bacteriano
F+
Episoma Elemento génico
que
puede
replicarse
independientemente
del
cromosoma bacteriano o
integrarse y replicarse como
parte del cromosoma
Hfr
La célula Hfr mantiene su
capacidad de conjugación por
lo que puede conjugar con una
célula F-
Comienza la transferencia de material génico de Hfr
hacia F- pero no hay transferencia
completa del
Fgenoma ni de la secuencia de plásmido F
Se transfirió parte del DNA cromosomal, si hay
homología ocurrirá recombinación. Sin embargo la
célula F- permanece sin el plásmido F.
Recombinación
Integración del plásmido F al cromosoma
Cartografía cromosómica
Conjugación interrumpida
El mapa de tiempos permite conocer el orden de los genes en los cromosomas
pero no la distancia entre ellos.
El estado F´ y los merocigotos
Hfr
F´
En células Hfr el plásmido puede escindirse del cromosoma( con baja
frecuencia) y formar un plásmido circular nuevamente. Durante la escisión el
plásmido puede acarrear genes cromosómicos
Loas plásmidos F´ también son transferidos por conjugación creando
merocigotos o diploides parciales
Resumen conjugación
Transformación
Plásmidos
•
Moléculas de DNA circulares extra
cromosomales que se replican
independientemente
del
cromosoma bacteriano. Presentes
en bacterias y algunas células de
eucariotes
•
Tienen un origen de replicación
reconocido por la maquinaria
replicativa de la bacteria
Bajo numero de copias 1-10
Alto número de copias 10-100
copia= número de moléculas de plásmido por célula
Autoregulación del número de copias
•
Genes que regulan reparto y control
del número de ellos por célula
•
Mediado por un represor RNA o
proteína que impide que se repliquen
“exceso” de copias del plásmido
•
•
Plásmidos incompatibles
Mecanismos capaces de excluir a un
plásmido relacionado cuando la
célula ya posee uno
Tipos de plásmidos
Tipo
Organismos tipo
Plásmidos conjugativos
E. coli plásmido F
Plásmidos de resistencia (R)
Antibióticos
Resistencia a metales pesados(Hg, Cd,Ni,Co,Pb)
Bacterias entéricas,
Staphylococcus
Pseudomonas
Producción de bacteriocinas y antibióticos
Bacterias
entéricas,Clostridium,
Streptomyces
Metabólicos
Metabolismo de carbohidratos (lactosa, sacarosa)
Degradación de hidrocarburos
Bacterias entéricas
Pseudomonas
Plásmidos de virulencia o interacción hospedero
Enterotoxinas y hemolisinas
Neurotoxina
E.coli
Clostridium tetani
Generalidades virus
• Tamaño: 24-300nm
• Material genético: RNA o DNA de cadena doble o sencilla cubierto por
envoltura proteica (cápside) puede tener lípidos
Generalidades virus
• Simetría: icosahédricos, helicoidal, complejos (cabeza y cola)
Parásitos intracelulares obligados
• Células animales
• Plantas
• Bacterias
Bacteriófagos
Bacteriófagos
Ciclo lítico del bacteriófago T4
1.
Adsorción o fijación el fago se
une a receptores de la superficie
bacteriana
2.
Inyección del material genético
viral
3.
Replicación del genoma
Ciclo lítico del bacteriófago T4
4.
Síntesis de envolturas proteicas
5.
Empaquetamiento del DNA dentro
de la envoltura proteica y
ensamblaje
6.
Lisis y liberación de partículas
virales
Análisis de calvas o placas de lisis
Ciclo lítico de un fago
Ciclo lisogénico Fagos temperados
1.
2.
3.
4.
5.
6.
•
•
•
Fago se adsorbe a la superficie de una célula e inyecta el DNA
El DNA del fago se circulariza
Transcripción de genes necesarios para la integración
Fago se integra en el cromosoma de la bacteria
La bacteria se reproduce normalmente transmitiendo el profago a
la descendencia
La bacteria (lisógeno)es inmune a la infección de otros fagos
Profago El genoma de un fago que se ha insertado en el cromosoma bacteriano
Lisógeno bacteria que tiene el genoma de un fago insertado dentro de su cromosoma
Fagos temperados Fago capaz de llevar a cabo ciclos líticos o lisogénicos
Ciclo lisogénico vs ciclo lítico
Circularización del genoma λ e
integración
Transducción
• Mecanismo de transferencia de genes bacterianos mediado por fagos
1952
Joshua Lederberg
Norton Zinder S. typhimurium
Transducción generalizada
Transducción especializada
Elementos transponibles
Transposones y secuencias de inserción
• Elementos transponibles son segmentos de DNA que pueden
moverse de una posición a otra en el mismo cromosoma o a
diferentes cromosomas
• El movimiento de un elemento móvil puede producir
mutaciones o rearreglos cromosómicos y afectar de esa
manera la expresion de otros genes
• Descritos originalmente en maíz por Bárbara Mc Clinckton
• Se han encontrado en bacterias hasta humanos
La transposición es una recombinación no-homóloga, es decir
la inserción de un EM ocurre en ADN que no tiene homología
con el transposon.
a. En procariotes la transposición puede ocurrir en el
cromosoma del organismo , en un plásmido o en el
cromosoma de un fago.
b. En eucariotes la inserción puede ser en el mismo cromosoma
o en uno diferente.
Secuencias de inserción
Secuencias invertidas repetidas
10-30pb
10-30pb
Descubiertos por primera vez en E. coli en el operón gal y son
transposones más simples
Tamaño 700-1500pb
Frecuentes en bacterias, plásmidos y fagos.
los
Transposones simples y compuestos
Mecanismos de transposición
Mecanismo de
transposición Tn5
Transposasa. Enzima que corta
al DNA blanco en sitios al azar
y une los extremos del
transposón
Las secuencias invertidas y
repetidas (IR) son el sitio de
reconocimiento
de
la
transposasa
Transposones en eucariotes
• Transposones de DNA
• Retrotransposones
Transposones de eucariotes