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Tema 9: Transferencia horizontal de información génica entre microorganismos
Conjugación: La transferencia génica se da entre 2 microorganismos que deben entrar en
contacto directo.
Transformación: No hay transferencia directa, sino que se introduce DNA desnudo del medio
(plásmido), en un microorganismo.
Transducción: La transferencia génica se produce mediante unos virus que infectan bacterias
y que se denominan bacteriófagos (o fagos).
· La transferencia siempre es unidireccional.
· La transferencia siempre es parcial (nunca es un cromosoma completo).
· Una vez en la célula receptora, el DNA se recombina (sino, las nucleasas podrían destruirlo).
· El genoma de la célula receptora se denomina endogenote.
· El genoma que se transfiere se denomina exogenote.
Conjugación
Intervienen 2 microorganismos en la transferencia génica. Para que la célula donante pueda
producir conjugación, es necesario que posea un plásmido llamado plásmido F (o factor F).
Plásmido F: Es circular de DNA bicatenario. Posee un tamaño de 100Kb. Tiene unos 60 genes
diferentes identificados. Entre ellos, los genes Tra (forman un operón de unos 25 genes), que
son los encargados de que este plásmido sea conjugativo. También forman el pili sexual.
Además, posee secuencias de recombinación (se conjuga en un lugar específico), y tiene un
origen de replicación y un origen de transferencia (distintos).
La célula que posee el factor F se denomina F+ (la otra célula se llama F-). Las F+ son capaces
de reconocer células F-, y forman un pili sexual (a través de los genes Tra) de unión entre
ambas.
La célula F+ se abre en su punto de inicio de transferencia, y transfiere una de sus cadenas a
través del pili sexual (método del círculo rodante).
La célula F- tiene ahora una cadena de la célula F+ (y como el plásmido está suelto en el
citoplasma, se ha convertido en una célula F+).
El DNA exogenote se integra completamente en el DNA endogenote. Las células que poseen
en su DNA el plásmido F integrado, se denominan Hfr.
Cuando una célula Hfr se recombina con una célula F-, se forma el pili sexual y empieza la
transferencia (en el origen de transferencia del plásmido). Se transfiere un fragmento del
plásmido y otro del cromosoma (el plásmido no se transfiere completamente, por lo que el
resultado es una célula F-).
A veces, una célula Hfr tiene un plásmido F que se escinde del DNA bacteriano, pudiendo
arrastrar material genético del microorganismo (se denomina factor F’, ya que no es un
plásmido F normal, sino que tiene material genético bacteriano).
Si una célula F’ recombina con una célula F-, se transfiere el factor F y parte de la información
genética de la bacteria. La célula resultante es F’.
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Noemie Martínez Biron – Microbiología 2010/2011 Grupo 121
F+ x F- = F+
Hfr x F- = FF’ x F- = F’
Transformación
Primer proceso de transferencia génica que se descubrió en eucariotas. Se define como la
captación por parte de una célula receptora de un DNA desnudo libre en el medio y la
incorporación mediante recombinación del exogenote al cromosoma del receptor de una
forma heredable.
· Transformación natural: Ocurre en la naturaleza. El DNA capaz de transformarse siempre es
de cadena doble, aunque el DNA que se introduce es de cadena simple. El número de
moléculas que pueden introducirse es limitado (cinética de saturación).
Solo algunas bacterias son capaces de transformación (a través de mecanismos diversos,
factores medioambientales…) y se denominan microorganismos competentes.
Los fragmentos de cadena simple que están en el medio están recubiertos por proteínas
específicas que loes protegen de las nucleasas. En el momento en que se introduce en la célula
receptora, estos fragmentos no se pueden observar (las proteínas que lo rodean sí), por lo que
se denomina fase de eclipse.
En la naturaleza, el DNA puede provenir de una lisis espontanea de determinadas células, o de
bacterias que expulsan su DNA al exterior.
· Transformación de bacterias Gram +
En su interior se introduce DNA monocatenario (lo normal es que sea bicatenario) y la cadena
complementaria se va degradando.
Los géneros en los que aparece transformación natural son Streptococcus y Bacillus.
El DNA que se introduce puede provenir de la misma especie o de especies diferentes. Las
células tienen que ser competentes, y en este caso la competencia radica en la densidad
celular. En Streptococcus, la competencia completa se da en la fase logarítmica. Según van
creciendo los microorganismos, se libera al medio el factor activador de la competencia (FAC).
Es un péptido de entre 5 y 15 kda. Llega un momento en el que el medio está cargado de FAC,
y se desencadena la transformación.
En la pared celular hay receptores específicos de FAC. Una vez unido, induce a una serie de
genes a codificar proteínas diversas, entre las que se encuentra una autolisina. Esta proteína
genera poros en la pared celular, dejando al descubierto ciertas proteínas a las que puede
unirse el DNA.
Una vez unido el DNA, unas nucleasas degradan una cadena, y la otra entra al interior celular.
Primero se recubre de proteínas que tienen 2 funciones: evitar la degradación del DNA y
transportar al DNA hasta el cromosoma bacteriano.
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En Bacillus, el proceso de transformación y esporulación es el mismo, pero se desencadena
una u otra según el medio. Si están en fase logarítmica, las células tienden a la
transformación. Si hay escasez de nutrientes, las células tienden a la esporulación.
· Transformación en bacterias Gram –
En el interior se introduce DNA bicatenario, pero una de sus cadenas se degrada en el espacio
periplásmico, por lo que al interior celular solo entra una de ellas.
Los géneros que producen transformación natural son Haemophilus, Neisseria, Moxarella,
Acinetobacter, Azotobacter, Pseudomonas, algunas cianobacterias…
La competencia celular es totalmente independiente de factores de activación. En
Haemophilus influenzae, la competencia se desarrolla en función de la densidad celular. En
este caso, la competencia completa se da en la fase estacionaria.
En Gram – existen estructuras que forman un túnel desde la membrana externa hasta el
espacio periplásmico (denominados transformosomas). Unen el DNA de cadena doble, lo
introducen en el interior, y en el espacio periplásmico degradan una de las cadenas. También
existen proteínas de protección y transporte hasta el DNA bacteriano.
· Significado biológico de la transformación natural
· Hipótesis de la reparación: El DNA exógeno puede servir como molde para
reparaciones del DNA endógeno dañado.
· Hipótesis de la nutrición: El DNA exógeno puede servir de fuente de carbono,
nitrógeno, fosforo…
· Hipótesis de la diversidad genética: Las células receptoras pueden utilizar el DNA
adquirido para conquistar nuevos medios.
Transformación artificial
· Métodos de obtención de células competentes
· Tratamiento de células con cloruro cálcico o cloruros de otros elementos (Mg, Ba,
Rb). Después de este tratamiento, las células se someten a calor, produciendo la
desestabilización de las membranas. Cuando el DNA del medio se encuentra con estas
membranas, su inserción es más fácil.
· Tratamiento de las células con enzimas, produciendo esferoplastos (Gram –) o
protoplastos (Gram +).
· Métodos de transformación
· Electroporación: Someter a las células a cortos pulsos de corriente eléctrica de
voltaje elevado. Esto altera las paredes celulares, y la inserción de DNA exógeno es más
sencilla.
· Transformación biolística: Bombardeo de las células con pequeñas partículas que
poseen fragmentos de DNA.
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Transducción
La transferencia génica se produce por medio de un virus. Los fagos se unen a sitios
específicos de la célula. Una vez en su interior, el fago puede producir un ciclo lítico o un ciclo
lisogénico.
· Ciclo lítico
El fago domina al DNA celular, y le obliga a sintetizar nuevos fagos. La célula muere, y los
fagos salen por lisis celular con la intención infectar nuevas células.
Estos fagos se denominan bacteriófagos virulentos.
· Ciclo lisogénico
El fago (los fagos que hacen ciclo lisogénico se llaman atemperados) se incluye en el interior
celular y en el DNA bacteriano, denominándose en ese momento profago. Las células que
poseen un profago se llaman lisogénicas.
En un momento dado, el DNA del virus se escinde del DNA bacteriano, y empieza el ciclo
lítico.
Transducción generalizada
Durante el ciclo lítico y cuando el DNA vírico se va a introducir en las cápsidas recién
formadas, el DNA bacteriano entra por error en una cápsida vírica. Esto ocurre 1/100.000
veces.
Se llama generalizada porque el fragmento que se incluye en la cápsida es cualquier
fragmento de DNA bacteriano.
Fuente de DNA exogenote
· DNA exogenote sin protección: Es destruido por las nucleasas.
· DNA que se recombina: Recombina antes de poder ser destruido.
· Plásmidos: Se replican de forma autónoma.
· Transposón: Se inserta en el genoma.
Transducción abortiva
El DNA no es destruido por las nucleasas, pero tampoco se integra o recombina con el DNA,
por lo que no existe transducción.
Transducción especializada
El ciclo es lisogénico. El cromosoma vírico y el bacteriano se recombinan, y luego se induce el
ciclo lisogénico. Al escindirse el DNA vírico, arrastra un fragmento de DNA bacteriano
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consigo. Al replicarse y formar nuevos virus, todos llevan parte del DNA bacteriano, y por
tanto podrán transportarlo a las siguientes células que infecten.
La transducción es especializada porque los fragmentos de DNA bacteriano que se arrastran
son específicos, no pueden ser cualquier fragmento.
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