GENETICA BACTERIANA

Experimento de Griffith

Griffith trabajó sobre la transferencia de virulencia en la bacteria patógena Streptococcus pneumoniae en 1928. Este demostró con sus experimentos que el DNA era necesario para adquirir la virulencia. Su experimento consistió en calentar bacterias virulentas (que ocasionan la enfermedad) que luego eran inyectadas en ratones. Los ratones no experimentaban enfermdedad alguna y no era possible recuperar las cepas de bacterias inyectadas. Cuando inyectó una combinación de bacterias virulentas muertas y bacterias vivas no virulentas, los ratones morían.  Le fue possible además recuperar bacterias virulentas vivas de los ratones muertos. Griffith denominó transformación a esta conversión de bacterias no virulentas a bacterias virulentas.

Características del DNA

El ácido desoxirribonucleico (DNA) es el material genético de todos los organismos y cerca de la mitad de los virus. El DNA lleva la información necesaria para dirigir la síntesis de proteínas y además es capaz de autoduplicarse. Cada molécula de DNA está constituida por dos hélices en forma de espiral, que a su vez están compuestas de nucleótidos. Cada nucleótido está formado por tres unidades: una molécula de azúcar llamada desoxirribosa, un grupo fosfato y uno de cuatro posibles bases nitrogenadas: adenina (A), guanina (G), timina (T) y citosina (C). La purina adenina siempre se aparea con la pirimidina timina mediante dos enlaces de hidrógeno. La purina guanina se aparea con la citosina por tres enlaces de hidrógeno.

Código Genético

Se producen 64 combinaciones diferentes (compuestas de 3 nucleótidos) basados en los 4 nucleótidos conocidos. Cada combinación codifica para uno de los 20 amino ácidos conocidos, además de la señal de pare y señal de comienzo. El código es universal, esto es todos los organismos utilizan el mismo código para hacer sus proteínas. Sin embargo, se observan algunas excepciones en los hongos, protozoarios y el DNA mitocondrial. Ya que varios codones codifican para más de un amino ácido, se dice que el código es degenerado.


Duplicación del DNA

El DNA se copia de forma precisa durante su síntesis o duplicación. En las células de todos los organismos vivientes, el DNA debe ser duplicado antes de que la célula pueda dividirse. La duplicación comienza cuando las cadenas se separan, exponiendo de esta forma su secuencia de nucleótidos. La enzima polimerasa del DNA se mueve a través de las dos hileras, pareando las bases complementarias a los nucleótidos expuestos. Una hilera complementaria es formada para cada hilera de la doble hélice original. Cada hilera original se une con su hilera complementaria para formar una molécula de DNA, resultando dos moléculas de DNA idénticas. Este tipo de duplicación se llama semiconservativa. La duplicación del DNA siempre comienza en el terminal 5' y termina en el terminal 3'. Sólo una hélice tiene libre este terminal disponible y su formación es continua. La otra hélice se construye en pedazos (segmentos de Okasaki) y luego se unen por medio de la enzima ligasa.

 

Transcripción del DNA

La expresión de la información codificada en la secuencia de bases del DNA comienza con la síntesis de una molécula de RNA, que es una copia de la secuencia de DNA que constituye un gen. El proceso de transcripción se define como la trasnsferencia de información que se encuentra en el DNA a una molécula de RNA. Hay 3 moléculas de RNA, el mensajero (mRNA), el ribosomal (rRNA) y el de transferencia (tRNA). El mRNA contiene la información para sintetizar todas las proteínas del organismo. El rRNA constituye los ribosomas (sitio donde se lleva a cabo la síntesis de proteínas) y el tRNA es el responsable de  transferir los amino ácidos necesarios para producir la proteína.

 

Traduccción del DNA

La última fase de la expresión génica es la traducción o síntesis de proteínas. La información genética en el mRNA se traduce a una proteína. La secuencia de nucleótidos codifica para la secuencia de amino ácidos en una proteína. A su vez la secuencia de nucleótidos del mRNA es una copia complementaria de la hélice del DNA genómico no transcrito.

Recombinación Genética en Bacterias

Las bacterias se multiplican principalmente por fisión binaria. Este tipo de reproducción no permite la recombinación genética. Sin embargo, estos microorganismos poseen 3 mecanismos para que el intercambio de material genético se efectúe. Estos mecanismos son transformación, transducción y congujación.

Transformación

La transformación consiste en la obtención por parte de una célula receptora de un fragmento de DNA y la incorporación de esta molécula al cromosoma de esta célula en una forma heredable. En la transformación natural, el DNA procede de una bacteria donante. Es un proceso al azar, y puede ocurrir entre bacterias de la misma o diferentes especies. Cualquier porción del genoma de la célula donante puede incorporarse, siempre y cuando sea igual o similar a la de la célula huésped. El DNA de la célula donante debe tener las siguientes características: ser de doble hélice, similar al DNA de la célula receptora, de bajo peso molecular y de tamaño pequeño.

 

Transducción del DNA

La transducción es la transferencia de genes de una bacteria a otra por medio de un virus. La incorporación de genes bacterianos al interior de la cápsida de un fago se produce a consecuencia de errores cometidos durante el ciclo duplicativo del virus. Cuando el virus que contiene estos genes infecta a una nueva bacteria, éste tienen la capacidad de transferirlos al cromosoma de ésta. La transducción es el mecanismo más frecuente de intercambio y recombinación genética en las bacterias. Hay dos tipos diferentes de transducción: la generalizada y la especializada.

 

Transducción generalizada

Ocurre durante el ciclo lítico (ciclo donde el fago rompe la bacteria) de los fagos y es capaz de transferir cualquier parte del genoma bacteriano. Durante la fase de ensamblaje viral, fragmentos del cromosoma bacteriano pueden quedar en la cápsida viral. Cuando este fago infecta a una nueva bacteria, el material puede ser transferido al cromosoma bacterial. La cantidad de DNA bacteriano trasportado depende principalmente del tamaño de la cápsida del virus.

 

Transducción especializada

En la transducción especializada, la partícula viral modificada transporta porciones específicas del genoma bacteriano. Los genes transportados son Bio y Gal. Este proceso es possible debido a un error durante el ciclo lisogénico. Esto ocurre cuando se induce a un fago a abandonar el cromosoma de la célula huésped observándose en ocasiones una excisión incorrecta. Esto hace que el fago se lleve uno de los 2 genes localizados en sus extremos (Bio y Gal). El genoma viral resultante contiene porciones del cromosoma bacteriano justo al lado del sitio de la integración.

Conjugación

La conjugación consiste en la unión de dos bacterias de la misma o diferentes especies para la transferencia del material genético. Las bacterias se unen por medio de un puente citoplasmático por el cual pasa el plásmido F (plásmido de congujación) a la célula receptora. Este proceso sólo se da entre una bacteria que contenga el plásmido (F+) y otra sin el plásmido (F-). El plásmido de conjugación puede intergrarse al cromosoma bacterial, lo que se conoce como Hfr ("High Frecuency Recombination"). Sin embargo, cuando el proceso de conjugación se da bajo estas condiciones es bien improbable que haya transferencia del plásmido F. Esto es debido a que cuando está integrado al cromosoma bacterial es muy grande y el puente citoplasmático se rompe antes de que pase completamente por él. Bajo ciertas circunstancias el plásmido F puede contener otros genes diferentes a los de conjugación.

 

Mutaciones

Las mutaciones son cambios en una o más de los nucleótidos del DNA. Las mutaciones pueden ser causadas por radiaciones, sustancias químicas, condiciones ambientales extremas y otras causas. Las mutaciones producen nuevas formas de un gen, y por consiguiente nuevas variaciones sobre las cuales puede actuar la seleccion natural. Se han observado los siguientes tipos de mutaciones:

·     Deleción, ésta es la pérdida de uno o varios nucleótidos del DNA. Ejemplo: CGTACGTA por CTACGTA.

·     Inserción, es la adición de uno o varios nucleótidos en la molécula del DNA. Si la inserción es de un nucleótido donde no altera el amino ácido a ser codificado, la mutación pasa desapercibida. Ejemplo: CGTACGTA por CGGGTACGTA, en este caso se afectará la proteína.

·     Inversión, es el cambio de posición de varios nucleótidos en la molécula. Se altera la información genética. Ejemplo: CGTACGTA por CGCATGTA.

·     Corrida de lectura ("frameshift"), aquí se inserta o se pierde uno o varios nucleótidos, como resultado toda la información del gen se pierde ya que se sustituyen unos amino ácidos por otros. Ejemplo: CGT ACG TAC GTA por CGA CGT ACG TAC cada tres representan nucleótidos codifican para un amino ácido, sin embargo observamos que los codones son diferentes.

·     Traslocación, esta mutación ocurre cuando segmentos de nucleótidos se separan y se unen en otro lugar del cromosoma.