Tema 5 Genética Microbiana PDF

Tema 5 Genética microbiana Fundamentos de Microbiología Grado en Biomedicina Ve más allá ÍNDICE Genoma Dogma central de la biología molecular ✓ Replicación ✓ Transcripción ✓ Traducción Fenotipo y genotipo Modificación genética ✓ Mutación...

Tema 5 Genética microbiana Fundamentos de Microbiología Grado en Biomedicina Ve más allá ÍNDICE Genoma Dogma central de la biología molecular ✓ Replicación ✓ Transcripción ✓ Traducción Fenotipo y genotipo Modificación genética ✓ Mutación © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados ✓ Transferencia genética Transformación Transducción Conjugación Manipulación genética 2 GENOMA Los genes son secuencias de nucleótidos que codifican para uno o más productos funcionales (habitualmente péptidos, polipéptidos y proteínas, pero también tRNA o rRNA). El genoma es la secuencia total del material genético de un organismo. El genoma incluye: ✓ Los genes, con capacidad codificante. ✓ Las secuencias no codificantes: muchas de estas secuencias regulan la expresión génica (promotores, terminadores, enhancers…). El genoma de los procariotas es haploide (sólo poseen una copia de cada elemento en su único © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados cromosoma) mientras que la mayoría de los eucariotas son diploides (poseen dos copias de cada cromosoma) o poliploides (poseen varias copias). Los procariotas habitualmente poseen elementos genéticos extracromosómicos (plásmidos o profagos, que es el genoma de un virus bacteriófago). 3 ESTRUCTURA DEL DNA H H N O HN H El material genético de tanto procariotas N N G N H N C N H como eucariotas es DNA (ácido Sugar H N H O desoxirribonucleico). Esta molécula adopta la Sugar phosphate Nitrogen Sugar basepairs phosphate forma de una doble hélice de hebras de 5’ 3’ nucleótidos apareadas por complementariedad P 3’ Base pairs 5’ OH 4’ D 1’ de bases. P 3’ 2’ 5’ P P 5’ Phosphate Sugar 4 phosphate backbone D 1’ Deoxyribose Los nucleótidos del DNA son cuatro: adenina P P 3’ 2’ C withcarbonnumber Cytosine (A), guanina (G), citosina (C) y timina(T). P P G Guanine ✓Estos nucleótidos se unen entre sí por enlace P Minor P T Thymine groove fosfodiéster para formar una hebra. P A Adenine © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados P Major Hydrogen groove bond ✓También se unen con otro nucleótido en la P P Covalent bond 5’ 3’ 5’ hebra paralela mediante enlaces de hidrógeno. 3’ D 5’ 3’ Estas uniones vienen determinadas por OH P complementariedad de bases (A-T y C-G). H H N N H O CH33 N A N H N T H N N Sugar H O 4 GENOMA En la notación del genoma, los genes se escriben en cursiva (p.e. LacZ) mientras que las proteínas derivadas de ellos se escriben en letra redonda (β-galactosidasa). © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados Mapa genético de Escherichia coli que contiene en torno a 4,6 Cromosoma y plásmidos (señalados con flechas) millones de pares de bases (4,6 Mbp) de Escherichia coli observados al microscopio de fuerza atómica En general, el tamaño de los genomas refleja la complejidad metabólica y bioquímica de los microorganismos. ✓ Por ello, las especies con un tamaño genómico reducido son parásitas o viven en una estrecha 5 simbiosis con otras especies que les provean de las moléculas que no pueden sintetizar (→T6). DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR La expresión génica es el conjunto de procesos que deben tener lugar para que a partir del mensaje genético, en forma de DNA, se desarrollen las funciones celulares mediante la acción de diversas proteínas (enzimas, receptores, etc…). El dogma central de la biología molecular determina el flujo de la expresión génica. Transcripción Traducción DNA mRNA Proteína RNA polimerasas Ribosomas © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados tRNA Replicación rRNA DNA polimerasas 6 REPLICACIÓN La replicación se produce por las DNA polimerasas y varias proteínas accesorias (helicasas, topoisomerasas, primasas, etc…) que comienzan la síntesis del DNA en lugares específicos, los orígenes de replicación. Conforme las DNA polimerasas avanzan, las hebras de ADN se separan formando una “burbuja de replicación”. ✓ En procariotas: habitualmente sólo existe un origen de replicación (región oriC). Se forma una única burbuja que engloba finalmente todo el cromosoma. Durante la replicación procariota se observa una estructura similar a la letra griega θ, por lo que se la conoce como estructura theta. Estructura theta Cuando se observa significa que el microorganismo se está © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados dividiendo activamente. Replicación en procariotas 7 Estructura theta REPLICACIÓN ✓ En eucariotas: para la replicación existen varios orígenes de replicación, por lo que se forman varias burbujas que se acaban fusionando en burbujas más grandes. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados Replicación en eucariotas Burbuja de replicación observada por TEM 8 TRANSCRIPCIÓN La transcripción es la síntesis de RNAs: mRNA (mensajero), tRNA (transferente), rRNA (ribosómico) y otros (miRNA, siRNA…). Para llevar a cabo esta síntesis, las RNA polimerasas transcriben el mensaje genético del DNA en RNA. En eucariotas, existen varias RNA polimerasas especializadas en diferentes productos: RNA polimerasa I → rRNA RNA polimerasa II → mRNA RNA polimerasa III → tRNA y algún rRNA © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados ✓ El mRNA se modifica tras la transcripción con una caperuza de 7-metilguanosina en el extremo 5’ y una cola de poliadeninas en el extremo 3’ que aumentan la vida media de la molécula. ✓ El DNA eucariota contiene secuencias no codificantes denominadas intrones que se intercalan entre las secuencias codificantes denominadas exones. Una vez transcritos, los intrones son eliminados del 9 mRNA por distintos mecanismos de corte y empalme (o splicing). TRANSCRIPCIÓN En procariotas sólo hay una RNA polimerasa que sintetiza todos los tipos de RNA, homóloga de la RNA polimerasa II eucariótica. ✓ Se forma una molécula de mRNA maduro de vida media corta porque no se añade la caperuza en 5’ y ni hay poliadenilación en 3’. ✓ En procariotas no hay intrones, todo el DNA codificante se encuentra ininterrumpido. ✓ Sin embargo, existen regiones no codificantes en ambos extremos de cada gen, denominadas UTR (de untranslated region). La 5’-UTR da lugar a la secuencia líder del mRNA, fundamental para el reconocimiento por los ribosomas procariotas y el inicio de la traducción. La 3’-UTR da lugar a la secuencia terminal o tráiler, que es importante para la estabilidad del mRNA. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 10 TRADUCCIÓN La traducción es la síntesis de proteínas que llevan a cabo los ribosomas al interpretar el mensaje del mRNA. ✓ En procariotas: ribosomas 70S (pero son distintos en secuencia en bacterias y arqueas). Dos subunidades: 50S (subunidad grande) y 30S (subunidad pequeña). ✓ En eucariotas: ribosomas 80S. Dos subunidades: 60S (grande) y 40S (subunidad pequeña). La traducción siempre se inicia cuando los ribosomas reconocen el codón de inicio AUG en el mRNA, que codifica para el aminoácido © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados metionina. Sin embargo, en bacterias (pero no arqueas), la metionina se modifica añadiendo un grupo formilo, dando lugar a la formilmetionina (fMet). 11 TRADUCCIÓN En eucariotas, la transcripción y la traducción están separadas físicamente por el núcleo. ✓ El DNA se transcribe en un pre-mRNA que se procesa en el núcleo (caperuza 5’, cola poli-A, splicing). ✓ Posteriormente, el mRNA maduro se exporta a través de los poros nucleares y la traducción ocurre en el citoplasma o en el retículo endoplasmático rugoso, donde se encuentran los ribosomas. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados Transcripción y traducción eucariota 12 TRADUCCIÓN En procariotas, la transcripción y la traducción están acopladas y suceden simultáneamente en el citoplasma. ✓ Tan pronto como se sintetiza el mRNA, este se traduce por varios ribosomas que se unen secuencialmente a la cadena naciente recién transcrita. Estas estructuras se conocen como polirribosomas. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados Transcripción y traducción procariota 13 Polirribosomas REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA DNA Transcripción En eucariotas, la regulación de la expresión génica se produce a todos los niveles: ✓ Nivel transcripcional: niveles de mRNA ✓ Nivel postranscripcional: splicing alternativo, RNA de interferencia… ✓ Nivel traduccional: frecuencia de traducción a proteína en los ribosomas mRNA Traducción ✓ Nivel postraduccional: modificaciones químicas en los productos proteicos ✓ Regulación por modificación enzimática: alteración de la estructura de las enzimas Proteína © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados En procariotas, casi toda la regulación de la expresión génica se lleva a cabo únicamente a nivel transcripcional: los niveles de mRNA determinan los niveles de proteínas. ✓ La unidad básica de regulación génica en bacterias es el operón, un conjunto de genes cuya expresión se activa o se reprime en función del contexto. P.e. el operón lactosa (lac) es un complejo de genes que codifican para la síntesis de enzimas que participan en el catabolismo de la lactosa. Dichos genes no se transcriben si no hay lactosa en el medio, pero su expresión se activa 14 tan pronto como aparece este disacárido. REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GÉNICA Un ejemplo de operón: el operón lactosa. En función de si la lactosa está presente o no, se transcriben los genes que codifican para enzimas relacionadas con el catabolismo de este azúcar. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados Modelo del operón lactosa tal y como lo 15 caracterizó Jacques Monod GENOTIPO Y FENOTIPO El genotipo de un microorganismo es el conjunto de genes y elementos génicos que posee en su DNA y que son transmitidos a la descendencia. ✓ Aunque los genes estén presentes, su efecto puede no observarse en el fenotipo porque la expresión génica de dicho gen puede estar inhibida. P.e. los genes que intervienen en la esporulación siempre están presentes en Bacillus spp. pero éstos no se expresarán (no darán lugar a proteínas) hasta que las condiciones de crecimiento sean subóptimas. El fenotipo es el conjunto de características expresadas por el microorganismo. Son propiedades morfológicas, fisiológicas o metabólicas apreciables que están determinadas por la interacción entre la expresión génica y la influencia externa del medio ambiente en el que se desarrollan. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados ✓ Por tanto, el fenotipo no sólo depende del genotipo —la composición genética de un microorganismo— sino también de que los programas genéticos se activen por influencia del ambiente. Genotipo + ambiente = fenotipo 16 VARIACIONES FENOTÍPICAS Por tanto, el fenotipo puede variar por modificación del genotipo (por mutaciones o por transferencia genética horizontal) pero también por influencia ambiental. Cuando el cambio está inducido únicamente por presión ambiental se habla de variaciones fenotípicas, es decir, cambios en el fenotipo sin modificación del genotipo (sin cambios en el DNA). ✓ Estas variaciones no son directamente heredables en la descendencia y son reversibles: si se modifican las condiciones ambientales, la variación fenotípica cambia. Algunos ejemplos de variaciones fenotípicas son: ✓ Síntesis de glicocálix (→T2) cuando se dispone de un exceso de azúcares. P.e. la placa dental se desarrolla más rápidamente si se consume un exceso de azúcares. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados ✓ Síntesis de pigmentos ante ciertos estímulos. P.e. los pigmentos fotosintéticos sólo se producen bajo exposición solar o Serratia marcescens sólo desarrolla pigmentos rojos a temperatura ambiente. ✓ Esporulación ante condiciones adversas. En todo caso, para llevar a cabo una variación fenotípica determinada deben existir genes que codifiquen para las enzimas involucradas en dicha variación. 17 VARIACIONES GENOTÍPICAS Las variaciones genotípicas son modificaciones en el genotipo de un microorganismo. Existen tres tipos: ✓ Mutación: cambio aleatorio en la secuencia genética sin intervención de DNA exógeno. Se dan en procariotas ✓ Transferencia genética horizontal: cambio en la Se dan en secuencia genética provocado por DNA exógeno. eucariotas © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados ✓ Recombinación sexual: generación de nuevas variantes genéticas por fusión de gametos. 18 MUTACIONES Una mutación es cualquier cambio persistente en la secuencia de DNA de la célula, sin incorporación de DNA exógeno. Pueden surgir: ✓De manera espontánea (p.e. por errores en la replicación). En los procariotas la aparición de mutaciones es elevada debido a que sus DNA polimerasas son más propensas al error que las enzimas homólogas en eucariotas. ✓Por agentes mutágenos. Agentes físicos: radiación ionizante (rayos X y gamma) y no ionizante (rayos ultravioleta). Agentes químicos: ácido nitroso, 5-bromouracilo, naranja de acridina… © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados ✓Por transposones. Los transposones son elementos genéticos que se desplazan de una posición del genoma a otra. Por ello en ocasiones se los denomina “genes saltarines”. Los transposones codifican para transposasas, que son enzimas que poseen capacidad endonucleasa (pueden escindir al transposón de la molécula de DNA donde se encuentre) y ligasa (permiten que se una a una nueva región del DNA). Por eso, las transposasas funcionan como un sistema de corte y empalme de los transposones, que parece que “saltan” por el genoma. 19 MUTACIONES En realidad, las mutaciones no ocurren tan a menudo ya que los microorganismos poseen diferentes sistemas de reparación de DNA que resuelven parcialmente el cambio genético. No obstante, en ocasiones las mutaciones quedan fijadas en el material genético del microorganismo: ✓Los microorganismos que han sufrido una determinada mutación se denominan mutantes. ✓Los microorganismos originales de los que proceden dichos mutantes se denominan cepas silvestres o wild- type (WT). En general, la mayoría de los mutantes son incompatibles con la vida ya que se ven afectadas enzimas clave para el metabolismo o proteínas imprescindibles para la fisiología microbiana. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados En otras ocasiones el mutante es viable pero es menos competitivo biológicamente que las cepas silvestres (p.e. porque alguna enzima afectada tiene menor capacidad catalítica). ✓ La consecuencia más probable es que el mutante sea desplazado del nicho ecológico y se extinga. ✓ Los mutantes auxótrofos (→T4) entran dentro de esta categoría: son menos eficaces biológicamente que las cepas silvestres protótrofas en las que el metabolismo está intacto. 20 MUTACIONES Sin embargo, alguna mutación específica puede dotar al mutante, debido al azar, de una ventaja biológica respecto a la población silvestre, sobre todo en determinados ambientes hostiles como puede ser la presencia de antibióticos o de predadores/parásitos o cuando hay carencia de nutrientes. ✓ En estos casos, el mutante desplazará a las cepas de la población silvestre y serán estas las que se vayan extinguiendo. Transcurridas una serie de generaciones, el mutante constituirá el genotipo estándar de toda la población (será el nuevo genotipo silvestre). ✓ Los mutantes pueden desplazar a la población silvestre por: Selección natural: selección dirigida por presiones ambientales como predadores, factores climáticos, etc…) Selección artificial: dirigida por actividades del ser humano, sean voluntarias o no. P.e. la fijación de mutantes © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados resistentes a antibióticos está provocada por el mal uso y abuso de los antibióticos en clínica y veterinaria (→T9). 21 MUTACIONES Un ejemplo de selección artificial de mutantes, en este caso resistentes a antibióticos: Cepa silvestre Cepa mutante (sensible) (resistente) Agente selector (antibiótico): Tiempo Selecciona sólo la cepa mutante (resistente) © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados ¡Las cepas mutantes ahora conforman la población! No se debe confundir un agente mutágeno, que es el que produce la mutación, con el agente selector, que es el que favorece y selecciona a determinados mutantes a crear una circunstancia más competitiva. 22 TRANSFERENCIA GENÉTICA HORIZONTAL Las mutaciones y variaciones en el genoma microbiano se pueden transmitir a la descendencia durante la división celular por lo que se denomina la vía vertical. Sin embargo, en microbiología es muy común que aparezcan eventos de transferencia genética horizontal, en los cuales se produce la entrada de DNA exógeno en el interior de un microorganismo desde su entorno. Se produce horizontalmente, es decir, entre microorganismos que no tienen relación parental. ✓ Este DNA puede portar información genética útil para el microorganismo (p.e. puede llevar genes de resistencia a un antibiótico) o puede ser simplemente DNA “parásito”, sin función aparente. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 23 TRANSFERENCIA GENÉTICA HORIZONTAL Dependiendo del mecanismo de transferencia genética, se distingue entre: ✓ Transformación: se toma DNA desnudo del espacio extracelular. ✓ Transducción: el DNA lo porta un virus. ✓ Conjugación: el DNA de intercambia de un microorganismo a otro directamente. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 24 TRANSFERENCIA GENÉTICA HORIZONTAL Cuando un microorganismo adquiere DNA exógeno, existen tres posibles desenlaces: ✓ Degradación: el DNA nuevo se destruye ya que no se reconoce como propio y unas endonucleasas de restricción (enzimas de restricción) lo cortan para posteriormente ser digerido hasta nucleótidos. Es de lejos la opción más probable, ya que los microorganismos intentan defenderse del DNA exógeno que en muchas ocasiones es parasítico y/o patogénico (DNA viral, plásmidos “egoístas”, etc…) ✓ Circularización: el DNA nuevo se circulariza y se metila (se incorporan grupos metilo en los nucleótidos), evitando así la acción de las endonucleasas. Posteriormente puede: Replicarse independientemente del DNA propio y transmitirse a las células hijas. Ocurre si el DNA tiene algún origen de replicación (oriC), de modo que la DNA polimerasa lo replicará. Este DNA será un nuevo plásmido. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados No replicarse, de modo que se va perdiendo en las sucesiones divisiones celulares (proceso abortivo). ✓ Recombinación: el DNA exógeno se intercala en el DNA genómico propio del microorganismo y pasa a formar parte de su genoma. 25 TRANSFORMACIÓN La trasformación es un fenómeno de transferencia genética mediante el cual un microorganismo es capaz de incorporar ADN exógeno desnudo del medio. ✓ Este DNA pueden ser fragmentos de DNA lineal que hay en el medio extracelular: en ese caso, estas moléculas deben circularizarse al ingresar en la célula o recombinarse en el genoma microbiano. ✓ Sin embargo, en ocasiones el DNA ya es una molécula circular con un origen de replicación, es decir, es un plásmido funcional que se puede mantener autónomamente en el citoplasma. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 26 TRANSFORMACIÓN No todos los microorganismos aceptan DNA exógeno desnudo. Cuando un microorganismo es capaz de incorporar DNA exógeno de esta forma se dice que es una cepa competente. ✓ En el laboratorio es común elaborar cepas competentes de bacterias que están disponibles para modificarlas genéticamente mediante el proceso de transformación. La inserción del DNA se suele realizar abriendo poros transitorios en la membrana plasmática por choque térmico (se aplican altas temperaturas) o por electroporación (se aplica un pulso eléctrico). © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados Choque térmico 27 Electroporación TRANSFORMACIÓN Experimento de Griffith (1928) con cepas virulentas (suaves o S) o no virulentas (rugosas o R) de Streptococcus pneumoniae. ✓ Las cepas S parecen suaves porque poseen una cápsula que las protege del sistema inmune. Es por ello que causan neumonía y finalmente la muerte en animales. ✓ Si las células se tratan con calor, el animal sobrevive (las bacterias mueren). No obstante, si esas bacterias muertas se reúnen con la cepa R (que carece de cápsula), el animal desarrolla la enfermedad y de él se recupera la cepa S… © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados ✓ Parece ser que algo de información genética para “hacer cápsulas” se ha pasado desde las bacterias S muertas hasta las R vivas. Los experimentos posteriores de Avery, MacLeod y McCarty demostraron que ese “algo” transformante era el DNA. 28 TRANSDUCCIÓN La transducción es un fenómeno de transferencia genética inducida por virus bacteriófagos (fagos) que transmiten material genético entre dos bacterias no emparentadas. Los fagos son virus que infectan bacterias, ya que son capaces de fijarse a la superficie bacteriana y perforarla introduciendo su material genético (habitualmente DNA). © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados Introducción del DNA/RNA viral en la 29 bacteria: la cápsida queda en el exterior celular TRANSDUCCIÓN En función de su ciclo viral, existen dos tipos de fagos: ✓ Los fagos virulentos utilizan la maquinaria enzimática bacteriana para sintetizar las proteínas estructurales del virión creando una abundante progenie vírica. Posteriormente, los viriones inducen la lisis de la célula y salen al exterior. Este proceso de infección, replicación y liberación se denomina ciclo lítico. ✓ Los fagos atemperados no producen la lisis celular puesto que el DNA del fago no se expresa directamente para generar © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados viriones, sino que se integra en el genoma celular. El DNA integrado se denomina profago, el cual permanece en el interior del genoma indefinidamente hasta que se recibe algún estímulo para cambiar al ciclo lítico. Este proceso de infección sin inducir la lisis directamente se denomina ciclo lisogénico. 30 TRANSDUCCIÓN En función de qué fagos intervengan en el proceso, se habla de dos tipos de transducción: ✓ En la transducción generalizada se transmiten un amplio número de genes. Este proceso se da durante el ciclo lítico, donde algunas cápsidas víricas pueden englobar el DNA fragmentado de la bacteria. Se forman fagos que sólo tendrán DNA bacteriano, denominados partículas transductoras. Cuando estas partículas infecten a otra bacteria, las secuencias genéticas de la bacteria original serán transferidas. ✓ En cambio, en la transducción restringida se transfieren tantos genes virales como unos pocos bacterianos. Este proceso se da durante el ciclo lisogénico, cuando en algún momento el profago se separa del DNA bacteriano para iniciar un ciclo lítico. A veces lo hace por un sitio distinto al que se integró y arrastra algunos genes bacterianos (de nuevo se forma una partícula transductora). La nueva progenie de fagos transmitirá tanto genes virales como bacterianos que se transfieren a una nueva bacteria. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados El éxito final de ambos tipos de transducción dependerá de la capacidad de integrarse con el genoma de la nueva célula o bien de autorreplicarse fuera del cromosoma. Si esto no ocurre, el DNA se perderá en sucesivas divisiones, lo que se denomina transducción abortiva. 31  Transducción generalizada Transducción restringida TRANSDUCCIÓN Phage DNA Donor (host) chromosome Prophage with in (1) 1 (1) 1 the bacterial chromosome Cell A (donor) Parts of phage Separated piece of host DNA Excised phage DNA (2) 2 contains some (2) 2 bacterial DNA. Newly assembled phage New viral particles incorporating piece (3) 3 of host DNA are synthesized. Lysis (4) 4 © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados (3) 3 DNA from donor Infection of recipient (4) 4 cell transfers bacterial DNA to a new cell. Cell B (recipient) Incorporated into chromosome (5) 5 (5) 5 32 Recombination results in two possible outcomes. Cell survives and utilizes transduced DNA CONJUGACIÓN La conjugación es un fenómeno de transferencia de material genético por contacto directo entre dos microorganismos. ✓ Aunque a veces se llama incorrectamente el sexo entre bacterias, no es un verdadero intercambio sexual propiamente dicho porque no involucra gametos. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 33 CONJUGACIÓN La conjugación es más común en gramnegativas debido a la presencia de estructuras especializadas en la conjugación, los pelos de conjugación: ✓ Las células donadoras (F+) poseen un plásmido denominado factor de fertilidad o factor F que codifica para las proteínas necesarias para producir un pelo de conjugación que contacta con los receptores superficiales de una célula receptora (F-), sin el factor F. ✓ En ocasiones el factor F está integrado en el genoma de la célula donadora. En esos casos se denominan células Hfr (high-frequency) en lugar de células F+. ✓ El DNA de la célula donante a la receptora a través del puente de unión generado por el pelo de © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados conjugación. ✓ Este DNA puede ser sólo plasmídico (transferencia de un plásmido F independiente autorreplicativo) o también cromosómico (cuando el factor F se integra en el cromosoma bacteriano y replica conjuntamente con él). ✓ El DNA transferido puede tener los genes del factor F (la célula receptora se convierte en F+ o Hfr) o no tenerlo (seguiría siendo F-). 34 CONJUGACIÓN Esquema general de la conjugación en las bacterias gramnegativas por intercambio a través del pelo de conjugación, que hace de conexión entre los dos citoplasmas. Pelo de conjugación © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados 35 MANIPULACIÓN GENÉTICA La genética microbiana ha permitido desentrañar las bases genéticas de la vida, incluido la de organismos “superiores” como plantas y animales. La mayoría de las rutas bioquímicas, los mecanismos de expresión genética, el funcionamiento de las enzimas… prácticamente todo se ha descubierto y ensayado en microorganismos. “Todo lo que es cierto para E. coli debe serlo también para elefantes” — Jaques Monod, que caracterizó el operón lactosa en E. coli. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados De este modo, los microorganismos siguen siendo importantes modelos para estudiar las bases moleculares de la vida y desarrollar un conocimiento que permita el tratamiento de enfermedades, la síntesis de medicamentos, muchas aplicaciones industriales, etc… 36 MANIPULACIÓN GENÉTICA En la modificación genética de microorganismos habitualmente se habla de dos conceptos: ✓ Knock out o silenciamiento genético: los genes se eliminan o se mutan para evitar que se exprese un producto genético funcional (una proteína, una enzima, etc…). El knock out en eucariotas es más complicado ya que habitualmente son diploides o poliploides, por lo que hay que alterar todos y cada uno de los genes homólogos presentes en una célula. En cambio, en procariotas es mucho más sencillo puesto que la alteración de la única copia de cada gen de la que disponen facilita la modificación genética inmediata del microorganismo y de toda su descendencia. ✓ Knock in o transferencia genética: se añaden nuevos genes que no estaban presentes previamente en un microorganismo. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados Se denominan organismos transgénicos a aquellos en los que se ha incorporado un gen de una especie diferente. Se denomina organismos cisgénicos a aquellos en los que se ha incorporado un gen de la misma especie, aunque puede estar ligeramente modificado. Knock out 37 Knock in  ¡GRACIAS POR VUESTRA ATENCIÓN! Hola guapo. ¿Quieres conjugarte? 38