ORGANIZACIÓN GENÓMICA EN PROCARIOTAS

Transcripción

1 ORGANIZACIÓN GENÓMICA EN PROCARIOTAS

2 Cromosomas procariotas Concepto tradicional: Escherichia coli En un nucleoide de tinción clara se ubica una molécula de ADN circular.

3 Cromosoma de Escherichia coli Superenrollamiento organizado en dominios: de un núcleo de proteínas irradian de 40 a 50 bucles superenrollados de 100kb cada uno. Una rotura provoca rotación y desenrollamiento de un segmento de 100 kb. Bucle desenrollado Núcleo proteic o Bucles superenrollados

4 Proteínas de empaquetamiento del cromosoma de Escherichia coli - Proteínas HU: forman un tetrámero alrededor del cual se enrolla el ADN. Evitan el desenrollamiento total ante una rotura. - ADN topoisomerasa I: cortes doble hebra para liberar tensión en la molécula de ADN.

5 Distintos tipos de organización genómica Cromosomas circulares: Escherichia coli: 1 cromosoma circular, diversos plásmidos Vibrio cholerae: 1 cromosoma circular y 1 megaplásmido

6 Distintos tipos de organización genómica Cromosomas lineales: Borrelia burgdorferi B31: 1 cromosoma lineal, diversos plásmidos circulares y lineales.

7 Distintos tipos de organización genómica Genoma multipartito: Deinococcus radiodurans R1: 2 cromosomas, 1 megaplásmido, 1 plásmido (todos circulares)

8 Distintos tipos de organización genómica Especies de vida libre: Exposición a un espectro amplio de condiciones ambientales, tienden a tener genomas más grandes. Parásitos estrictos: genomas más pequeños, obtienen nutrientes de su hospedador.

9 Cromosomas de Archaea Arqueobacterias: Una molécula de ADN circular Tetrámero de proteínas muy similares a histonas alrededor del cual se asocian 80pb

10 Plásmidos ADN extracromosómico generalmente circular tamaño pequeño (pocas kilobases) sin proteínas asociadas Origen de replicación 1, 2, o muchas copias por célula pueden contener genes adicionales Algunos pueden transferirse a otras bacterias e integrarse al cromosoma = episomas

11 Plásmidos Plásmido función Ej. sp. de resistencia rcia. a ATB Rbk Escherichia coli de fertilidad conjug. y transf. F lítico toxinas contra bact. Col degradador enzs. Metabólicas TOL Pseudomonas putida de virulencia patogenicidad Ti Agrobacterium tumefaciens

12 Organización genética del cromosoma en procariotas Organización compacta: Escasas regiones no codificantes Cromosoma de E. coli Escaso ADN repetitivo Genomas pequeños = replicación rápida Generalmente < 5 Mb, en relación con modo de vida Ausencia de intrones (salvo arqueobacterias) Organización en operones

13 Organización genética del cromosoma en procariotas Operones: agrupamiento de genes que se expresan como una unidad: ARN policistrónico Casi siempre genes involucrados en una misma ruta bioquímica Op. treonina Op. triptofano

14 Procesos de transferencia génica en bacterias Incorporación de material genético que puede integrarse o no al cromosoma bacteriano No tienen relación con la reproducción bacteriana

15 Conjugación Transferencia de genes de una bacteria donante a otra receptora. Entrecruzamiento entre el material transferido y el cromosoma

16 Conjugación: comprobación experimental 1946: J. Lederberg y E. Tatum Cepas auxótrofas de E. coli = Existe un Siembra en agar-medio mínimo intercambio entre las cepas Sin crecimiento Colonias capaces sin crecimiento de sintetizar los 4 nutrientes

17 Conjugación: comprobación experimental 1946: B. Davis Tubo en U, cepas separadas por un filtro = El intercambio genético requiere el contacto entre las células bacterianas Filtro de poro fino

18 Conjugación Factor de fertilidad F: plásmido de intecambio génico (episoma) Donante F+ Receptora F- Contacto - puente citoplasmático Transferencia y replicación Replicación de la hebra transferida F+ F+

19 Conjugación La transferencia del Factor F tiene una dirección: El primero en ingresar es el sitio orit Si se transfiere el plásmido completo, la célula receptora se convierte en F+

20 Conjugación Factor de fertilidad F: - genes para formación del pilus y relaxosoma para transferencia - durante la conjugación una bacteria donante F+ transfiere ADN a una receptora F- - pasa una hebra (que es sustituida por replicación) - en la célula receptora, se replica la hebra y se restablece un plásmido doble cadena

21 Conjugación Factor de fertilidad F: plásmido de intecambio génico (episoma) Donante F+ Receptora F- Contacto - puente citoplasmático Replicación y transferencia Recombinación con el cromosoma y degradación del material sobrante F+ Hfr

22 Conjugación: células Hfr - si el factor F se integra al cromosoma bacteriano = célula Hfr = high frequency of recombination luego en la conjugación se transfieren genes cromosómicos - explica lo observado por Lederberg y Tatum - la cantidad de genes transferidos depende del tiempo de conjugación (en ocasiones, cromosoma completo)

23 Conjugación: células F - el factor F integrado al cromosoma bacteriano se escinde - lleva consigo genes cromosómicos - al producirse la conjugación, se generan diploides parciales = sexducción

24 Donantes Factor de fertilidad F - plásmido F - Integrado al cromosoma = Hfr - plásmido con genes cr. = F Receptoras: F- (ausente)

25 Mapeo de genes bacterianos en E. coli Conjugación interrumpida de células Hfr con células F- - el primero en ingresar es el sitio orit - interrupción en distintos tiempos antes de la transferencia total del cromosoma - relación directa entre el tiempo de transferencia y la distancia relativa al orit - unidad de distancia relativa: minuto

26 Transformación Incorporación de material genético desde el medio por una bacteria competente (recordar experimentos de Griffith y de Avery-Mac Leod-Mc Carty) Competencia bacteriana: natural o inducida en laboratorio

27 Transformación Entrecruzamiento entre el material incorporado y el propio (cromosoma o plásmido) Origen: generalmente ADN de organismos muertos

28 Transducción Transferencia de material genético desde una bacteria a otra a través de virus bacteriófagos. Entrecruzamiento entre el material transferido y el cromosoma. Espectro limitado: entre especies relacionadas o dentro de la misma sp bacteriana La cubierta proteica viral protege el material a transferir, no es afectado por nucleasas ambientales

29 Transducción Fragmentación del ADN y empaquetamiento erróneo de material bacteriano

30 Consecuencias evolutivas de la transferencia horizontal de material genético El concepto de barrera interespecífica al flujo de genes pierde validez La mayoría de las bacterias tienen ADN adquirido de otras especies Procariotas de un nicho ecológico intercambian material para aumentar su aptitud de supervivencia Ej.: plásmidos R: resistencia a antibióticos multirresistencia en ambientes hospitalarios

31 Consecuencias evolutivas de la transferencia horizontal de material genético Metagenómica: Análisis de secuencias de todos los genomas bacterianos de un ambiente particular. Ej.: suelo, lago No requiere cultivar y aislar cada especie Secuenciación y ensamblado de genomas microbianos a partir de las muestras ambientales

32 GENOMAS DE VIRUS

33 Genomas virales - ADN o ARN - monohebra o doble hebra - lineal o circular - 1 sola molécula o genoma segmentado (varias moléculas de ARN) - recubierto de una envoltura proteica

34 Bacteriófagos 1930 M. Delbrück Infectan a las bacterias. 3 tipos de cubiertas proteicas Exclusivo de bacteriófagos

35 Genomas de Bacteriófagos - tamaño de genoma entre 1,6 y 150 kb - de 3 a más de 200 genes (más genes en fagos más grandes) - puede haber superposición de genes y agrupamiento de genes por función

36 Bacteriófagos Genes superpuestos. Comparten secuencias con distinto marco de lectura. ADN monohebra

37 Bacteriófagos Genes superpuestos. Ej: IDBV (enf. infecciosa de la bursa) en aves

38 Bacteriófagos Unidades de Transcripción Complejas (UTC): se transcribe un ARNm policistrónico. Ej: Adenovirus que causan infecciones en las vías respiratorias, conjuntivitis, cistitis hemorrágica y gastroenteritis: UTC con 5 sitios de poliadenilación y varios empalmes diferentes, pueden producir 12 ARNm distintos.

39 Estrategias de replicación de bacteriófagos Ciclo lítico o virulento: 1939, E. Ellis y M. Delbrück, estudios en cultivos bacterianos. Ej.: fago T4 Período latente breve: fase inicial de la infección, reproducción dentro de la bacteria. ADN doble hebra

40 Estrategias de replicación de bacteriófagos Ciclo lítico o virulento: Ej.: fago T4 (serie T) Lisis celular poco después de la infección. Infección de nuevas células.

41 Ciclo lítico o virulento del fago T4 1- Fijación del fago a una proteína receptora (porina OmpC) 2- Inyección del genoma viral (ADN) 3- transcripción, despolimerización del genoma bacteriano y replicación del viral 4- síntesis de proteínas virales y ensamblado de partículas virales 5- estallido celular y liberación de fagos, infección de nuevas células

42 Estrategias de replicación de bacteriófagos Ciclo lisogénico: Ej.: fago λ el genoma del fago se integra al genoma del hospedador por recombinación Se genera una forma latente del fago: profago Puede permanecer latente muchas generaciones

43 Ciclo lisogénico Fago λ 1- Ingreso del ADN viral 2- integración por recombinación de secuencias idénticas 3- replicación junto con el cromosoma bacteriano 4- eventual cambio al modo lítico: recombinación, replicación y síntesis proteica

44 Transducción Transferencia de genes entre bacterias a través de virus 1952: Lederberg y Zinder, experimento del tubo con filtro. Intercambio de genes sin contacto entre las bacterias.

45 Transducción Generalizada: 1- Fragmentación del cromosoma bacteriano 2- empaquetamiento erróneo = fago transductor. 3- inyección e integración al cromosoma de la bacteria receptora por recombinación

46 Transducción Especializada: En ciclos lisogénicos, por escisión errónea del genoma viral Se transducen genes cercanos al sitio de integración

47 Virus de eucariotas 2 tipos de cubiertas proteicas

48 Virus de eucariotas Algunos virus de animales pueden tener una membrana lipoproteica adicional

49 Virus de eucariotas - genomas de tamaño similar a fagos o más grandes (ej. 240kb) - generalmente cumplen el ciclo lítico - unos pocos se integran = lisogénicos, ej. retrovirus

50 Genomas de virus de eucariotas Gran variedad de genomas - circular o lineal, - 1 hebra, 2 hebras, o parte monohebra y parte doble, - segmentado o no - virus de plantas: la gran mayoría ARN - virus de animales: ADN o ARN - el genoma puede ser más grande que el de los fagos

51 Retroelementos virales Son virus de eucariotas integrados. Genoma de ARN monohebra, 600 a 9 kb. Una retrotranscriptasa copia el ARN a ADN doble hebra. - Retrovirus: la cápside envuelve el genoma de ARN - Pararretrovirus: la cápside envuelve el genoma de ADN

52 Virus de eucariotas Retrovirus: virus eucariotas integrados

53 Virusoides - ARN circular monohebra - menos de 400 nt - se alojan en la cápside de virus - serían parásitos de los virus - frecuentes en plantas

54 Viroides - ARN circular monohebra - menos de 400 nt - no se recubren de una cápside - se propagan como ARN desnudo - frecuentes en plantas

55 Priones - no contienen ácidos nucleicos - proteína resistente a las proteasas - no tienen relación con los virus - ej. Encefalopatía espongiforme de ovinos y bovinos