Genética bacteriana Mecanismos que conducen a la evolución de los genomas bacterianos: 1. Mutación y selección 2. Transferencia lateral de genes: Transformación, Transducción, Conjugación. 3. Re-arreglos internos del ADN (Recombinación) 4. Transposición de elementos genéticos móviles (IS, Tn) Mutaciones Mutación: Cambio heredable en la secuencia de ADN. Pueden causar alteraciones en el fenotipo. Espontáneas: originadas por infidelidad en replicación, inestabilidad química de bases. Inducidas: generadas por mutágenos químicos, radiaciones. Microlesiones: mutaciones puntuales Macrolesiones. Generadas por recombinación homóloga a. M. silenciosas. No cambia el aa b. M. erróneas (missense). Cambia el aa c. M. sin sentido (nonsense) .Cambia a un codón de terminación de traducción Mutaciones polares Afectan genes río abajo. Ocurren en los operones (bacterias o arqueas). Mutaciones por inserción (Tn) Mutaciones condicionales. El producto codificado es activo a la temperatura permisiva e inactivo a la temperatura restrictiva Los fenotipos mutantes pueden ser restablecidos por reversión o supresión Reversión de las mutaciones al fenotipo wt: Revertantes verdaderas Pseudorevertantes Mutaciones supresoras Replicación de templados circulares Replicón: Unidad de replicación autónoma. Contiene ori y funciones que actúan sobre el ori. Ej. cromosoma, plásmidos, fagos. Replicación de templado circular: bidireccional (θ) y círculo rodante (σ) Iniciación tipo oriC Modo bidireccional (θ): cromosoma, plásmidos Gram - (oriC, oriV, ColE1) Modo Replicación en círculo rodante (σ): fagos (M13), plásmidos Gram +, plásmido F. Puede generar concatenados que contienen varias unidades del genoma. Estos son posteriormente procesados (fago lambda) Plásmidos Funciones para la replicación (Ori V) Genes de resistencia a Ab Genes para la transferencia (tra) y oriT Elementos móviles (Tn, IS) Mapa del plásmido de resistencia R100 Características de los Plásmidos Son replicones. Tamaño variable (1-200 kbp) Generalmente circulares. Algunos lineales. Una copia/célula o varias copias/célula. Por recombinación generan dímeros, multímeros o monómeros Modos de replicación: σ o θ Controlan su replicación y número de copia mediante control negativo del inicio de la replicación Elementos de un plásmido: - Módulo básico: un orígen de replicación vegetativo (oriV), genes para la replicación. - Sistemas de partición (segregación a las células hijas) - Secuencias de inserción (IS) y/o transposones (Tn) - Genes de resistencia a antibióticos u otras funciones bioquímicas (degradación, virulencia, bacteriocinas, etc) - Funciones de transferencia (plásmidos conjugativos) Mantenimiento de los plásmidos 1. Plásmidos de alto número de copia particionan al azar. 2. Plásmidos de bajo número de copia (1-2/cel). Deben contener sistemas de partición Partición de plásmidos de alto número de copia Sistemas de Partición verdaderos: Aseguran que dos plásmidos generados luego de la división celular sean segregados a las células hijas. Poseen funciones codificadas en cis y trans necesarias para la partición (parA, parB, parS) Sistemas de adicción: La bacteria sólo sobrevive mientras lleve el plásmido. Antídoto y veneno son producidos por el plásmido. El veneno es estable, el antídolo (bloquea la acción del veneno) es inestable. En plásmido F, antídoto y veneno son proteínas. En pR1, el antídoto es un mRNA antisentido que bloquea el mRNA de la toxina Compatibilidad Dos plásmidos son incompatibles si sus orígenes no pueden ser distinguidos durante algún proceso necesario para su mantenimiento (iniciación de la replicación y/o segregación). Mecanismos de intercambio genético en microorganismos: Transferencia horizontal génica (THG) Transformación Conjugación Transducción El material genético adquirido por THG puede ser incorporado en el cromosoma de la célula receptora reemplazando una porción del mismo Transformación: Incorporación de ADN libre del ambiente Competencia genética: Capacidad de una bacteria para ser transformada Natural. Ej. B. subtilis, S. pneumoniae Modelo de transformación natural en B. subtilis S. pneumoniae Artificial. Ej. E. coli, Pseudomonas. Métodos para la transformación artificial: Cloruro de Calcio, electroporación, formación de protoplastos+PEG (arqueas). Conjugación Un plásmido o cromosoma es transferido de una bacteria a otra por contacto entre células Mapa genético del plásmido F de E.coli. oriV: origen de replicación vegetativo; Rep; funciones para la replicación; IS, Tn: elementos móviles oriT: origen de transferencia; genes tra: funciones para la conjugación. Modelo de la transferencia de plásmidos durante la conjugación entre bacterias Gram negativas Modelo de replicación en círculo rodante para la transferencia de ADN Células F+: dador Células F-: aceptor Células Hfr: alta frecuencia de recombinación de F en cromosoma Episoma: plásmido que se replica autónomamente o se integra al cromosoma F´o R´: plásmido derivado de cepa Hfr que lleva genes cromosomales. Plásmidos autotransmisibles: (conjugativos): Poseen funciones completas para la conjugación (oriT y genes tra) Plásmidos no-autotransmisibles (movilizables): Poseen oriT y funciones incompletas para la conjugación (genes mob, codifican funciones necesarias para el inicio de su propia transferencia ). Para ser transferidos requieren de un plásmido helper conjugativo que aporte las funciones que le faltan. Integración del plásmido F al cromosoma en cepas Hfr Control del número de copia. El ori ColE1 es controlado por un RNA regulador