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