Genetica 2015 II [Modo de compatibilidad]

Flujo de la información genética en células procariotas
Tomado de : Tortora, G,J.,Funke, B.R., Case, C. L. Introducción a la Microbiología. 9ª ed.
Intercambio genético en procariotas
Tomado de Brock. Microbiología de los microorganismos. 12°
12° edición
Destinos del DNA introducido en la
célula
receptora:
1- degradado por enzimas de restricción
2- autorreplicarse (solo si posee su propio
origen de replicación: plásmido)
3- recombinarse con el cromosoma de la
célula receptora u hospedadora
Recombinación
Intercambio físico de DNA entre elementos genéticos. Implica
la ruptura física y posterior unión de hebras de ADN de forma
tal que intercambian el contenido de ADN resultando en dos
“nuevas” hebras.
Se da en sitios específicos de las moléculas de ADN
involucradas: secuencias homologas
Sólo ocurre en zonas con alta homología
Permite reparar cromosomas dañados durante la replicación
(mantenimiento de información)
Mecanismo de recombinación homóloga
• Ruptura de la hebra (endonucleasa)
• Estabilización por proteínas de unión a cadena sencilla
• Rec A: Invasión del extremo 3’OH en zonas de homología. Heteroduplex
•Movimientos de la horquilla de recombinación
• Intermediario de Holliday
•Movimientos de la horquilla de recombinación
• Resolución de la cruz de Holliday: resolvasas
RecA se une a una simple hebra y luego a una doble hebra.
La formación de una triple hélice permite identificar la región de
homología
Recombinación genética
-Recombinación homóloga: entre
secuencias homólogas de dos
fuentes diferentes
Mecanismo:
-Helicasa y endonucleasa (Rec BCD)
-Proteína de unión a cadena sencilla
(SSB)
-Rec A (invasión de cadena)
-Heterodúplex
-Uniones de Holliday
-Resolvasa (RecG y RuvC)
La recombinación genética en procariotas
sólo se produce luego de la transferencia
de fragmentos de DNA homólogos desde
un cromosoma donador a una célula
receptora, mediante transformación,
transducción o conjugación)
Tomado de Brock. Microbiología de los microorganismos. 12°
12° edición
Detección de la Recombinación:
Células fenotípicamente
diferentes a sus progenitores
Células receptoras que carezcan
de alguna características
seleccionable (células
receptoras auxótrofas) que los
recombinantes ganarán
La tasa de retromutación para la
característica seleccionada sea
baja porque los revertientes
también formaran colonias
Dobles mutantes: cepas con dos
mutaciones diferentes, ya que es
muy poco probable que se
produzcan dos retromutaciones
en una misma célula.
Mutantes de desplazamiento
El genoma procariota evoluciona por :
•mutación
•rearreglos internos del ADN
•adquisición de ADN de otras células por
transferencia horizontal (recombinación)
Intercambio genético y
recombinación
• Unidireccional: De donante a receptor
• Puede ser entre especies distintas
• Mecanismos:
1. Transformación
2. Conjugación
3. Transducción
Mecanismos de intercambio genético en procariotas
Tomado de Brock. Microbiología de los microorganismos. 12°
12° edición
Transformación:
proceso de transferencia genética por el cual fragmentos de DNA son
incorporados en una célula receptora y se lleva a cabo un cambio
genético
Experimento de Griffith: demostración de la transformación genética:
Cepas S
Cepas R
Avery, McCarty, and MacLeod
Repeated Griffith’s Experiment
Oswald Avery
Maclyn McCarty
Colin MacLeod
Conclusion:
DNA was the
transforming factor!
Competencia en la transformación:
Célula competente:
célula capaz de aceptar DNA y transformarse
-Proteínas especificas de competencia: proteína de unión al DNA asociada a
la membrana, una autolisina de la pared y varias nucleasas.
-Bacillus subtilis: percepción del quórum: un sistema regulador que depende
de la densidad celular. Secretan un péptido que en altas concentraciones
induce la competencia
-Algunos procariotas son competentes de forma natural y facilmente
transformables: Bacillus, Streptococcus.
Obtención de células
competentes en E.coli :
tratadas con iones calcio
y luego enfriadas
Electroporación:
usa breves pulsos
eléctricos para
introducir DNA
electroporador
Mecanismo de la transformación en procariotas
Proteína de unión de DNA
Nucleasa
Proteína especifica de competencia
Rec A
Integración de DNA
Competencia depende del
estado fisiológico, de la fase
de crecimiento (fase
logarítmica) y de la naturaleza
del medio de cultivo en que
crecen.
Tomado de Brock. Microbiología de los microorganismos. 12°
12° edición
Células competentes fijan
hasta 100 veces mas DNA.
Solo 1 de cada 100 ó 300
fragmentos de DNA son
captados.
Transfección:
Transformación con DNA obtenido de un bacteriófago
-Bacteriófago lítico
Transfección:
Ensayo de calvas
-Útil para el estudio de los mecanismos de transformación y recombinación :
pequeño tamaño de los virus bacterianos, permitiendo el aislamiento de una
población homogénea de moléculas de DNA.
Se puede transformar utilizando DNA plasmídico?????
Las bacterias se transforman muy poco ya que el plásmido debe mantenerse
de doble cadena y circular para poder replicarse.
Importancia:
Común en bacterias
Grampositivas
Conversión lisogénica
Transferencia de genes
bacterianos a través de un
bacteriófago
Bacteriófagos: 1-Ciclo lítico y 2-lisogénico
Transducción:
un virus bacteriano transfiere el DNA de una célula
bacteriana a otra.
Transducción
generalizada:
Cualquier fragmento de DNA
del hospedador es
empaquetado en el interior
del virión maduro en lugar
del genoma vírico. Los
genes donadores no pueden
replicarse
independientemente y no
forman parte del virus, se
deben recombinar con el
genoma hospedador.
Ej: Escherichia, Pseudomona, Salmonella, Staphylococcus etc.
Transducción especializada:
El DNA de una región especifica
del genoma del hospedador se
integra en el genoma del virus. Sólo
en virus atemperados. Se puede
producir recombinación homologa
o el DNA bacteriano del donador
forma parte en realidad del genoma
de un fago atemperado se puede e
integrar en el cromosoma
hospedador durante la lisogenia
Transducción generalizada:
Tomado de Brock. Microbiología de los microorganismos. 10°
10° edición
E. coli
Transducción
generalizada:
-Cualquier
segmento del
donador
-Infección lítica
- Eficiencia de la
transducción;
baja
1- Inmunidad: la célula lisogénica
es inmune a la reinfección por otro
fago del mismo tipo
Consecuencias de la
lisogenia
2- Conversión fágica: la célula
hospedadora puede exhibir
nuevas propiedades o cambios
genéticos. Ej:
-Salmonella anatum: cambio en la
estructura de un polisacarido
de la pared celular por
lisogenia del bacteriofago €15
-Corynebacterium diphteriae: sólo
las cepas lisogénicas son
productoras de toxina
3-Transducción especializada
Transducción especializada
Tomado de Brock. Microbiología de los microorganismos. 10°
10° edición
Transducción
especializada:
-Partículas
transductoras:
grupo restringido y
especifico de genes del
hospedador.
-Eficiencia de la
transducción: alta
Plásmidos: elementos genéticos extracromosomales
A-Principios generales:
• DNA bicatenario, superenrollado y circular
• Se replican independientemente
• No tienen forma extracelular
• Portan genes no esenciales
• Menos del 5% del tamaño del DNA cromosómico
• Tamaño: 1 a 100 kpb
B-Replicación:
• Gram negativos: Igual al cromosoma: ori R, bidireccional, theta
• Gram positivos: mecanismo del circulo rodante.
• Cebador proteico.
D- Incompatibilidad: los del mismo grupo se excluyen (Grupo
Inc), coexisten con los de otros grupos
E- Curación: eliminación de plásmidos de la célula bacteriana.
Ej:plásmidos de resistencia se pierden si no hay antibióticos
C-Episomas:
plásmidos que se integran al cromosoma bacteriano
Tomado de Brock. Microbiología de los microorganismos. 12°
12° edición
Tipos de plásmidos
Plásmidos que confieren propiedades metabólicas
especiales, degradar contaminantes tóxicos
Plásmidos de Resistencia ®: que confieren
resistencia a antibióticos. Ej: plásmido R100 del
grupo de bacterias entéricas
Plásmidos que codifican toxinas y otras
características de virulencia.
Ej: factor de antigénico de colonización, hemolisina,
enterotoxina de E. coli enteropatógenas
Plásmidos que producen bacteriocinas:
Ej: Colicinas de E. coli: forma canales en la m.
celular, incapacidad de formar energía. Nucleasas
de E.coli: E2 y E3
Plásmidos conjugativos: dirigen la transferencia
de su DNA o del cromosoma bacteriano por
conjugación. Región tra: transferencia y
apareamiento
Contienen genes para:
control de replicación
incompatibilidad
de resistencia
funciones fisiológicas
toxinas
transferencia
de inserción (células Hfr)
Conjugación:
Una célula donadora que contiene el plásmido conjugativo (célula F+) transfiere
DNA a una célula aceptora que no lo contiene (célula F-) . Implica el contacto
entre células bacterianas (apareamiento). Codificado por un plásmido.
Características esenciales:
El plásmido conjugativo utiliza el
mecanismo de conjugación para:
1-transferir copias de si mismos
2-transferir el cromosoma de la célula
donadora, cuando se integra como un
episoma.
Plásmido F:
-DNA circular
-Genes que regulan su replicación
-Elementos transponibles: secuencias de
inserción
-Región tra: transferencia, apareamiento y
síntesis del pelo sexual.
Tomado de Brock. Microbiología de los microorganismos. 12°
12° edición
Conjugación:
Una célula donadora que contiene el plásmido conjugativo (célula F+)
transfiere DNA a una célula aceptora que no lo contiene (célula F-) .
Implica el contacto entre células bacterianas (apareamiento).
Características esenciales:
El plásmido conjugativo utiliza el
mecanismo de conjugación para:
1-transferir copias de si mismos
2-transferir el cromosoma de la célula
donadora, cuando se integra como un
episoma.
Plásmido F:
-DNA circular
-Genes que regulan su replicación
-Elementos transponibles: secuencias de
inserción
-Región tra: transferencia, apareamiento y
síntesis del pelo sexual.
Tomado de Brock. Microbiología de los microorganismos. 12°
12° edición
Pelos sexuales
•Presentes solo en células
donadoras
•Forma un contacto especifico con
un receptor en la célula receptora
(apareamiento especifico)
•Se retrae, desensamblando sus
unidades
•Atracción entre las dos células
Las células siguen en contacto por
proteínas de unión
•El DNA se transfiere de a célula
donadora a la receptora a través
de esa conexión conjugativa
Tomado de : Tortora, G,J.,Funke, B.R., Case, C. L. Introducción a la Microbiología. 9ª ed.
Transferencia de DNA plasmídico por conjugación
Tomado de Brock. Microbiología de los microorganismos. 12°
12° edición
Conjugación: transferencia de genes cromosómicos
Formación de cepas Hfr y movilización cromosómica por conjugación
El plásmido F es un
episoma que se integra en
el cromosoma de E. coli
Puede movilizar al
cromosoma
bacteriano durante
la conjugación
Las células que poseen un plásmido F: F+
Las células que poseen un plásmido F integrado en el cromosoma: Hfr
Conjugación: Hfr + F-
Transferencia de
genes cromosómicos
En resumen:
El plásmido F provoca tres alteraciones diferentes
en las propiedades de una célula:
1- la capacidad de sintetizar el pelo
2- la movilización de DNA para su transferencia a
otra célula
3- la alteración de receptores superficiales: la
célula es incapaz de aceptar una segunda copia
del plásmido F o plásmidos relacionados
Integración del plásmido F en el cromosoma bacteriano
Secuencias de inserción (IS): elementos móviles presentes en el
cromosoma de E. coli y el e plásmido F que proporcionan regiones de
homología de secuencia que conducen a su integración.
Tomado de Brock. Microbiología de los microorganismos. 10°
10° edición
Transferencia de DNA cromosómico por conjugación
Las cepas Hfr no
convierten las F- en
F+ o Hfr porque
raramente se
transfiere el plásmido
completo.
El cruce Hfr x Fgenera el Hfr original
(retiene una copia del
plásmido integrado) y
un F- con un genotipo
nuevo.
Tomado de : Tortora, G,J.,Funke, B.R., Case, C. L. Introducción a la Microbiología. 9ª ed.
Detección de la conjugación:
Tomado de Brock. Microbiología de los microorganismos. 10°
10° edición
Interrupted Mating
• Chromosome transfer from the
Hfr into the F- is slow: it takes
about 100 minutes to transfer
the entire chromosome.
• The conjugation process can
be interrupted using a kitchen
blender.
• By interrupting the mating at
various times you can
determine the proportion of Fcells that have received a
given marker.
• This technique can be used to
make a map of the circular E.
coli chromosome.
Se utiliza para mapear el orden de los genes en el cromosoma
Resumen de la conjugación:
Células F- : no contienen el plásmido F y no pueden transferir DNA por
conjugación. Ellos son recipientes de DNA transferido desde F+, F´ó
Hfr por conjugación.
Células F+: contienen el factor F en el citoplasma y pueden
transferir F con alta eficiencia a células F- durante la conjugación.
.
Células Hfr: tienen el F integrado dentro del cromosoma
bacteriano y no en el citoplasma.
Celulas F’: plásmidos F previamente integrados en el cromosoma
que al escindirse capturan algunos genes cromosomicos
identificables. Permite la conjugación de un grupo restringido de
genes a alta frecuencia.
DNA móvil: elementos genéticos transponibles
Segmentos de DNA capaces de mudarse de una localización a otra.
- Siempre insertos en otra molécula
de DNA
- Movimiento al azar
•No poseen su propio oriR
•Se replican como parte de otra
molécula de DNA: cromosoma,
plásmido o virus
•Transposición mediante
recombinación especifica
(transposasa)
•Secuencias invertidas cortas
Tomado de Brock. Microbiología de los microorganismos. 12°
12° edición
Tipos de Elementos Transponibles
Secuencias de Inserción (IS): Elementos que portan sólo los genes de
transposición. Segmentos cortos. Transposasa y repeticiones invertidas
en los extremos. Se encuentran en el cromosoma o en plásmidos.
ABCDEFG
Transposasa
GFEDCBA
Transposones (Tn): Elementos que portan otros genes además de los
de transposición. Mas grandes. Transposasa y repeticiones invertidas
en los extremos. Incluyen genes de resistencia a antibióticos
Agentes biológicos. Transposición
• Secuencias de inserción (IS), Transposones (Tn),
Bacteriófago Mu
• Producen: inserciones, deleciones, cambio de expresión
Secuencias de inserción (IS) : 750 – 1600 pb
• gen tnp codifica la transposasa que lo
escinde e integra
• secuencias repetidas inversas en
extremos: sitio de reconocimiento y
acción de la transposasa
• muy frecuentes en genomas procariotas
Transposones Tn:
Secuencias de inserción en los extremos
de la transposasa gen y otros genes (resistencia)
Bacteriófago Mu :
Genoma vírico completo contenido dentro de un
transposon. Es un transposón con la capacidad
de encapsidar su ADN en una estructura viral
Los elementos transponibles se integran por
recombinación sitio específica
La transposasa realiza cortes escalonados en el ADN diana
generando extremos de simple hebra y cataliza la integración.
El ADN de simple hebra es reparado por la maquinaria celular.
Mecanismo de transposición: replicativo o conservativo
La transposión es
una recombinación
de sitio especifica:
secuencias
especificas de DNA
son reconocidas
por la transposasa
Mutagénesis por transposones