MECANISMOS DE TRANSFERENCIA GENÉTICA

INTRODUCCIÓN:
Se denomina transferencia genética al intercambio de genes entre dos moléculas de ADN, para formar nuevas combinaciones de genes en un cromosoma.
Si llamamos a dos bacterias A y B y consideramos cromosomas, para identificar; si estos dos cromosomas se rompen y se vuelven a unir, algunos de los genes que portan se mezclaran. Los cromosomas originales se han recombinado, de modo que ahora cada uno lleva una porción de los genes del otro.
Para comprender más sobre mecanismos de transferencia genética primero tendremos que definir algunos términos básicos, como los que presentamos a continuación:
-Genética: Estudio de los genes, de la información que estos llevan y como se replica dicha información.
-Gen: Es un segmento de ADN que tiene una codificación, es decir lleva información para la formación de macromoléculas, generalmente proteínas.
Los procesos genéticos requieren de 3 polímeros (ADN, ARN, Proteínas), el material genético de las bacterias se encuentra en el citoplasma, por lo cual habrá algunos mecanismos para la transmisión de caracteres genéticos en bacterias, los cuales nombraremos a continuación:

◘ Transformación
◘ Transducción
◘ Conjugación

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Mecanismo de tranferencia genética: Estos procesos son realizados mediante la transmisión de caracteres hereditarios de una bacteria donadora a una receptora. Entre dichos mecanismo esta la conjugacón, transforación y la transducción.


CONJUGACIÓN

La conjugación es la transferencia de DNA de una donadora a una receptora, mediante contacto físico directo entre las células. En las bacterias existen dos tipos de células y son las donadoras (macho) y las receptoras (hembras) y la dirección de la transferencia genética es en un solo sentido; así el DNA se transfiere desde la donadora hacia la receptora.


Mecanismo de la conjugación.

a. Cruces F+ X F-:
Para que se lleve a cabo el proceso de conjugación es fundamental el contacto físico entre las bacterias mediado por el pili sexual o formando un puente conjugativo especial a partir del contacto. Este proceso, requiere de de un fragmento donador F+ (células macho) y un receptor F- (células hembra), F+ con su factor extracromosomico con los genes responsables de para la formación del pili sexual y la transferencia del ADN, El mecanismo consiste en una replica por el mecanismo de circulo rodante, dando una copia al fragmento receptor, que en ocasiones F- se convierte en F+. Cabe recalcar que esta transferencia no es reciproca, y le frecuencia de recombinación es baja.

b. Cruces Hfr X F:
Este es un segundo tipo de conjugación llamado Hfr (high frequency of recombination), en este caso las cepas donadoras transfieren su genes con gran facilidad y no suelen cambiar la cepa receptora en cepa donadora. Se diferencia de F+, puesto que estas presentan una mayor eficacia en la transferencia genética cromosómicas, estas bacterias Hfr, se caracterizan por poseer un factor F integrado en diferentes lugares del cromosoma bacteriano. La transferencia de ADN inicia en un corte en el sitio de origen de la transferencia del factor F integrado. Debido a que se transmite tan solo una parte del factor F, el mismo que produce la ruptura del ADN, así el Factor F- no se transforma en factor F+ salvo que se transfiera todo el cromosoma. La transferencia del cromosoma bacteriano puede realizarse tanto en sentido de las manecillas del reloj como en sentido contrario, este sentido de transferencia depende de la orientación del factor F integrado. En conclusión la conjugación Hfr es el mecanismo natural de transferencia genética entre bacterias más eficaz.
El mecanismo de cruces F" x F-es e
c. Cruces F' X F-
Este tercer tipo de conjugación se produce cuando el plásmido F se separa del cromosoma bacteriano en el que está insertado. Durante dicha separación, este plásmido arrastra una porción del material cromosómico, convirtiéndose de esta manera en un plásmido F´. Las células F´ conservan todos sus genes y continúa todo el cruzamiento con receptores F-. Este proceso es similar al cruce F+ X F-, con la gran diferencia de que los genes que porta el plásmifo F´ sí son transferidos y se pueden expresar sin la necesidad de incorporarse al cromosoma del receptor.

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TRANSFORMACIÓN

Es un proceso por medio del cual las bacterias adquieren información genética. Se produce una incorporación por parte de una bacteria viva de fragmentos de ADN (desnudo) extracelulares, lo cual causa una recombinación del fragmento nuevo con el genoma bacteriano. Este proceso se lleva a cabo en la bacteria receptora. El ADN logra entrar a la célula a través de receptores de superficie, para lo cual se requiere de energía, como el ADN tiene doble cadena cuando este entra, una de las cadena es digerida por endonucleasas, la otra se alinea con el cromosoma bacteriano. Tras la replicación uno de los cromosomas adquiere la información original y la otra contiene los genes transformados. Para que la transformación sea evidente el ADN transformante debe provenir de una bacteria diferente a la receptora.
Existen dos formas distintas de competencia las cuales con: 1) Natural y 2) Artificial.

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TRANSDUCCIÓN

La transducción se refiere a un proceso en el cual se transfiere el material genético de una bacteria (ADN) a otra, mediante la participación de un bacteriófago (virus que infecta bacterias) [figura 1]. El bacteriófago posee un cubierta que protege al DNA del medio ambiente, y de esta manera, la transducción a diferencia de la transformación, no se ve afectada por las nucleasas en el exterior. No todos los bacteriófagos pueden mediar la transducción. La capacidad del fago para mediar la transducción, está relacionada con el ciclo de vida del mismo.
Este proceso fue desubierto por Ledeberg y Zinder al estudiar la recombinación de cepas distintas de Salmonella typhimurium.
Cuando el profago pasa al ciclo litico, los virus son capaces de lisar e infectar otras bacterias. En una infección, el ADN de la bacteria, se degrada en pequeños fragmentos, y asi el ADN virico se replica.
Existe ocaciones en que en lugar de que se empaquete el ADN virico en la capside, se empaquetan los fragmentos del ADN bacteriano. Después de que ocurre la lisis, los fagos que contienen el ADN bacteriano, son liberados al medio, lo que incita a la infección de otras células. Cuando el ADN foraneo no se inserta en el cromosoma de la célula receptora, se da una transducción abortiva, este ADN foraneo sólo se transmite a una célula hija. Por el contrario, si el ADN, se inserta con su homólogo en la célula receptora, los genes transducidos se replican, con el cromosoma y pasan a todas las células hijas. Todo este proceso requiere de un par de entrecruzamientos para que se lleve a cabo la recombinacién, el mismo que lleva el nombre de transduccién completa. Las transducciones abortivas y completas son dos subtipos de la transducción generalizada, aunque la mayor parte de transducciones generalizadas son abortivas. La transducción generalizada se caracteriza por la naturaleza aleatoria, de los genes que sufren la transducción, ya que cada fragmento tiene probabilidad limitada de ser empaquetado en la capside del fago.

 1. Tipos de Transducción
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a. Transducción Generalizada: La transducción generalizada es el mecanismo por el cual potencialmente cualquier gen bacteriano de la donadora puede ser transferido a la célula receptora.
Bacteria donadora = ADN
↓es
cortado y empaquetado } MECANISMO HEAD FULL O LLENADO DE LAS CABEZAS DE LOS FAGOS
↓es llevado
bacteriófago (medio interior)

 infectar→ bacteria receptora =ADN
  ↓ se da
recombinación de material genético

external image FIGURA3.gifb. Transducción especializada o restringida La transducción especializada es la transducción en la cual solo ciertos genes del donador pueden ser transferidos al receptor. Diferentes fagos pueden transferir diferentes genes pero un fago individual solamente puede transferir unos pocos genes. La transducción especializada está mediada por fagos lisogénicos o fagos temperados y los genes que se llegan a transferir dependerán del lugar donde el profago queda insertado en el cromosoma.
Durante la escisión (separación) del profago, un error llega a ocurrir ocasionalmente en el cual un poco del DNA del huésped escinde (se separa del cromosoma) junto con el DNA del fago. Solo puede ser transferido el DNA del huésped que esté flanqueando cada lado del sitio donde el profago se ha insertado, (ej. transducción especializada). Después de la replicación y la liberación del fago y a través de la infección de la célula receptora, puede ocurrir una lisogenización de la receptora dando como resultado la transferencia estable de los genes de la donadora. La receptora ahora tendrá dos copias de los genes que le fueron transferidos. También es posible que se lleve a cabo una recombinación legítima entre los genes de la donadora y de la receptora.

2. Importancia: La conversión lisogénica (mediada por fago) ocurre en la naturaleza y es la fuente de donde proceden las cepas virulentas.
3. Importancia: Entre las bacterias Gram negativas esta es la forma principal en que se transfieren los genes. La transferencia puede ocurrir entre diferentes especies bacterianas. La transferencia de resistencia múltiple a los antibióticos por conjugación ha llegado a ser un problema relevante en el tratamiento de ciertas enfermedades bacterianas. Debido a que la célula receptora se convierte en donadora después de la transferencia del plásmido, es fácil ver por qué un gen de resistencia a los antibióticos que va en un plásmido puede rápidamente convertir una población sensible de bacterias en una resistente.
Las bacterias Gram positivas también tienen plásmidos que llevan genes de resistencia múltiple a los antibióticos, en algunos casos estos plásmidos se transfieren por conjugación mientras que en otras ellos se transfieren por transducción. El mecanismo de conjugación en las bacterias Gram + es diferente al de las Gram -. En las bacterias Gram + el donador produce un material adhesivo el cual causa agregación con el receptor y el DNA se transfiere.



Bibliografia.

  • Jiménez Sánchez & J. Jiménez Martínez. Genética microbiana.
  • Genética, un enfoque conceptual, Pierce
  • TORTORA, B. Introducción a la microbiología.
  • VADILLO, S. Manual de microbiología veterinaria. Genética bacteriana. Primera edición. España 2002. Pag. 104-108.
  • STANCHI, O. Microbiología veterinaria. Genetica bacteriana. Argentina 2007. Pag. 112-115.