Genética bacteriana

Genética bacteriana.
Variabilidad bacteriana.
Las bacterias tienen que mantener una cierta estabilidad genética que les
permita seguir funcionando igual que sus progenitores pero también tienen
que tener capacidad de cambio para adaptarse al medio. Estas variaciones
pueden afectar al genotipo y al fenotipo (modificaciones), que resultado de
la interacción del genotipo con el ambiente.
Variaciones genotípicas. Son de aparición lenta, dominan a la
población lentamente y son irreversibles.
Variaciones fenotípicas/ modificaciones. Son de aparición brusca.
Cambian las condiciones del entorno y las bacterias adquieren/
pierden alguna característica. Es reversible. Ej: operón lactosa: si
hay lactosa la bacteria produce la maquinaria enzimática necesaria
para su utilización y si no, no.
En caso de las genotípicas, según la manera en la que la estructura del ADN
sea modificada distinguimos:
Mutaciones: alteración de la secuencia de bases por errores en la
replicación.
Recombinación: intercambio de información genética entre dos
individuos.
Reordenación: Cambio de lugar de una secuencia de bases.
En las fenotípicas tenemos:
Regulación alostérica.
Regulación de la expresión genética.
Variación de fases.
Tipos de mutaciones.
La frecuencia de mutaciones es de 10-7-10-10. Existen unas sustancias
denominadas mutágenos que elevan la frecuencia de mutación.
La alteración de las bases del ADN como tal no tiene repercusión en el
exterior de la bacteria, sino que lo que hace es provocar un cambio en la
secuencia de aa de una proteína que produce una pérdida/ganancia de
función.
Como el genoma es degenerado, una mutación puede provocar un codón que
sigue codificando para el mismo aa. Hablamos entonces de mutaciones
silentes, ya que fenotípicamente la bacteria es idéntica.
Mutaciones neutras. El cambio de base produce el cambio de un aa por otro
de función parecida por lo que, aunque la proteína es distinta, la función no
se ve alterada
Mutaciones expresadas. El cambio de nucleótido produce un cambio de aa
pero la estructura de la proteína cambia de tal manera que altera su
función. Pueden ser:
No selectivas. Afectan a características poco importantes, de poco
interés evolutivo.
Selectivas. Permiten su selección. Ej: resistencia a antibióticos.
Letales. Impiden el funcionamiento de la bacteria y causan su
muerte.
- No condicionales. Son indetectables porque si se producen la
bacteria no se puede dividir y muere. La población mutada no
existe porque es inviable.
- Condicionales. Sólo son letales en determinadas condiciones.
Ej: disminución de la tª máx: la mutación sólo es letal cuando
aumenta demasiado la tª.
¿Cómo son esas alteraciones en el ADN?
Puntuales: una base por otra.
- Transición (púrica por púrica, pirimidínica por piridínica).
- Transversión (púrica por pirimidínica o viceversa)
Deleiciones: pérdida de segmentos de ADN por error en la
replicación.
Inserciones: ganancia en un determinado punto de un segmento de
ADN que no existía. Se deben a la existencia de unos elementos
genéticos: secuencias de inserción, que son secuencias cortas de
nucleótidos capaces de salir de un sitio del genoma y ponerse en
otro.
En las puntuales las mutaciones más importantes son las que generan un
codón sin sentido, ya que se reduciría la proteína y difícilmente cumpliría su
función.
En deleiciones e inserciones si el fragmento es muy grande las
consecuencias son graves pero… ¿y si el fragmento es pequeño? Por ej. 1, 2,
6 nucleótidos. Con 6 nucleótidos se cambian 2 codones pero se mantiene el
patrón de lectura, mientras que si se afectan 1 o 2 se pierde el patrón de
lectura. En este caso, cuanto más cerca esté la mutación del promotor, más
grave será la mutación porque afectará a más proteínas.
Secuencias de inserción.
Son fragmentos de ADN que codifican exclusivamente 2 actividades
enzimáticas:
- Transposa: lleva el fragmento de un sitio a otro.
- Resolvasa: define qué tiene que insertar. ¿Cómo lo hace? ¿cómo
funciona? Las secuencias de inserción están flanqueadas por
dos secuencias repetidas y lo que hace la resolvasa es
reconocerlas y cortarlas.
Mecanismos bacterianos de antimutación.
Afectan sobre todo a las mutaciones puntuales.
Reversión espontánea.
Directa o retroceso: una segunda mutación revierte la mutación
inicial.
Supresora: una mutación en un gen distinto al de la primera, inhibe
su efecto.
Reparación del ADN. Permite recuperar la secuencia de bases inicial.
Fotorreactivación. Se basa en enzimas específicos. La irradación
del ADN con luz UV hace que se formen dímeros de T. Estos
dímeros en la replicación no son reconocidos. Hay un conjunto de
actividades enzimáticas que se activa con la luz visible y que
repara el dímero de T.
Sistema de escisión- reparación. Se basa en el operón Mut. No
es un mecanismo de prevención de errores, sino de corrección.
Cuando hay un desapareamiento de bases, el sistema del operón
Mut reconoce esas alteraciones en la estructura tridimensional del
ADN, corta una secuencia específica CAGT en los lugares más
cercanos al desapareamiento (a ambos lados) mediante una
endonucleasa, los elimina y vuelve a copiar la cadena
correctamente mediante una ADNp.
¿Cómo sabe cuál es la cadena mutada y la original?
Las bacterias tienen un mecanismo de protección de las infecciones virales
que consiste en enzimas de restricción (endonucleasas de restricción), que
cortan la secuencia alterada la reponen, y así eliminan la secuencia viral.
Esta secuencia la reconocen porque:
- Son secuencias imposibles en la bacteria.
- Después de la replicación la cadena original se metila. El enzima
lo que corta son secuencias CAGT no metiladas.
Sistema SOS y de recombinación homóloga. Ambos utilizan el operón Rec
SOS. Cuando hay secuencias largas de ADN monocatenario se activa
una proteína que rompe la proteína represora del operón Rec. Rec se
activa y detiene la replicación y según las circunstancias y la
longitud del ADN afectado tiene dos opciones:
- Reparación rápida.
- Inhibición de la actividad 3’-5’ exonucleasa. De esta forma la
ADNp puede avanzar y rellenar el agujero, aunque la
probabilidad de cometer errores aumenta porque se detiene el
mecanismo de corrección de errores.
Recombinación homóloga. Se utiliza la cadena complementaria a la
del hueco en los dos sitios de la horquilla.
Mecanismo de recombinación genética.
Es el intercambio genético entre dos individuos. En la recombinación
genética bacteriana hay un individuo que dona la información genética
(exogenote) y otro que la recibe (endogenote). El 10% de la información de
las bacterias proviene de la recombinación genética.
Existe una tendencia a que determinadas propiedades se transmitan juntas
por recombinación (islas genéticas). Ej.: islas de patogenicidad: conjunto de
genes que se transmiten juntos y que transforman a una bacteria comensal
en patógena.
Cuando un organismo exogenote se recombina con un endogenote, la
información genética externa tiene que penetrar en la célula y puede sufrir:
- Destrucción por enzimas de restricción por ser ajeno.
- Recombinación por el endogenote, que puede ser generalizada
(grandes cantidades de genoma) o específica de sitio. Durante la
sustitución de material genético del huésped, la célula receptora se
convierte temporalmente en diploide para una parte del genoma, y
recibe el nombre de merocigote.
- También puede que se replique independientemente (plámidos) y
pasar de una bacteria a otra.
DESTINO DEL EXOGENOTE
 1.- Destrucción por ajeno
 2. - Recombinación con el endogenote
•
Generalizada (Transformación, Transducción gen.)

•
•

Homóloga (legítima)
Heteróloga (ilegítima)
Específica de sitio (Transducción esp., Conversión génica)
Reordenación (Transposición)
 3.- Replicación (Plásmidos, transposones replicativos)
Mecanismos de recombinación.
Transformación: incorporación de ADN libre del medio.
Transducción: el genoma pasa de una célula a otra transportado por
un virus. Puede ser generalizada o específica.
Conjugación: paso de información genética por contacto directo de
dos células.
Transposición por elementos que cambian de lugar (elementos
transponibles).
Transformación.
La transformación en condiciones naturales en la menos relevante, pero es
la más sencilla y la primera que se descubrió.
Hay dos tipos, uno en estreptococcus y otro en haemofilus. No se sabe si el
primero es exclusivo de las gram (+) y el segundo de la gram (-) o son dos
mecanismos posibles para cualquier tipo.
Para la transformación es necesario un estado de competencia para
transformarse. Ninguna bacteria es competitiva durante toda su vida, sólo
en la fase logarítmica. Una vez que es competente, une a su membrana el
ADN de entre 5 y 15 kpb. Este ADN unido penetra en la bacteria y una de
las dos cadenas se degrada. Esta degradación puede suceder al mismo
tiempo que atraviesa la membrana o bien una vez dentro de la bacteria. Si el
ADN que se incorpora tiene suficiente homología con la bacteria que lo ha
tomado, se forman heteroduples. Por último, se produce la recombinación
generalizada.
La transformación bacteriana
Inducción del estado de competencia
Unión de ADN a la membrana (entre 5 y 15 kbp)
Entrada del ADN
Degradación de una cadena
Apareamiento de secuencias homólogas
Integración del ADN por recombinación generalizada
TIPOS DE TRANSFORMACION
Streptococcus >G(+)
Requiere
factor de
competencia
Estado de
competencia
estructural
Une
cualquier
ADN
Degradación
extracelular
del ADN
ADN transportado
por proteínas
de unión
Une sólo
ADN
homólogo
Degradación
intracelular
del ADN
ADN transportado
en transformosoma
Haemophylus >G(-)