Flujo de la información genética en células procariotas. Tomado de : Tortora, G,J.,Funke, B.R., Case, C. L. Introducción a la Microbiología. 9ª ed.

Transcripción

1 Flujo de la información genética en células procariotas Tomado de : Tortora, G,J.,Funke, B.R., Case, C. L. Introducción a la Microbiología. 9ª ed.

2 Intercambio genético en procariotas Tomado de Brock. Microbiología de los microorganismos. 12 edición

3 Destinos del DNA introducido en la célula receptora: 1- degradado por enzimas de restricción 2- autorreplicarse (solo si posee su propio origen de replicación: plásmido) 3- recombinarse con el cromosoma de la célula receptora u hospedadora

4 Recombinación Intercambio físico de DNA entre elementos genéticos. Implica la ruptura física y posterior unión de hebras de ADN de forma tal que intercambian el contenido de ADN resultando en dos nuevas hebras. Se da en sitios específicos de las moléculas de ADN involucradas: secuencias homologas Sólo ocurre en zonas con alta homología Permite reparar cromosomas dañados durante la replicación (mantenimiento de información)

5 Mecanismo de recombinación homóloga Ruptura de la hebra (endonucleasa) Estabilización por proteínas de unión a cadena sencilla Rec A: Invasión del extremo 3 OH en zonas de homología. Heteroduplex Movimientos de la horquilla de recombinación Intermediario de Holliday Movimientos de la horquilla de recombinación Resolución de la cruz de Holliday: resolvasas

6 RecA se une a una simple hebra y luego a una doble hebra. La formación de una triple hélice permite identificar la región de homología

7 Recombinación genética -Recombinación homóloga: entre secuencias homólogas de dos fuentes diferentes Mecanismo: -Helicasa y endonucleasa (Rec BCD) -Proteína de unión a cadena sencilla (SSB) -Rec A (invasión de cadena) -Heterodúplex -Uniones de Holliday -Resolvasa (RecG y RuvC) La recombinación genética en procariotas sólo se produce luego de la transferencia de fragmentos de DNA homólogos desde un cromosoma donador a una célula receptora, mediante transformación, transducción o conjugación) Tomado de Brock. Microbiología de los microorganismos. 12 edición

8 Detección de la Recombinación: Células fenotípicamente diferentes a sus progenitores Células receptoras que carezcan de alguna características seleccionable (células receptoras auxótrofas) que los recombinantes ganarán La tasa de retromutación para la característica seleccionada sea baja porque los revertientes también formaran colonias Dobles mutantes: cepas con dos mutaciones diferentes, ya que es muy poco probable que se produzcan dos retromutaciones en una misma célula. Mutantes de desplazamiento

9 El genoma procariota evoluciona por : mutación rearreglos internos del ADN adquisición de ADN de otras células por transferencia horizontal (recombinación)

10 Intercambio genético y recombinación Unidireccional: De donante a receptor Puede ser entre especies distintas Mecanismos: 1. Transformación 2. Conjugación 3. Transducción

11 Mecanismos de intercambio genético en procariotas Tomado de Brock. Microbiología de los microorganismos. 12 edición

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13 Transformación: proceso de transferencia genética por el cual fragmentos de DNA son incorporados en una célula receptora y se lleva a cabo un cambio genético Experimento de Griffith: demostración de la transformación genética: Cepas S Cepas R

14 Avery, McCarty, and MacLeod Repeated Griffith s Experiment Oswald Avery Maclyn McCarty Colin MacLeod

15 Conclusion: DNA was the transforming factor!

16 Competencia en la transformación: Célula competente: célula capaz de aceptar DNA y transformarse -Proteínas especificas de competencia: proteína de unión al DNA asociada a la membrana, una autolisina de la pared y varias nucleasas. -Bacillus subtilis: percepción del quórum: un sistema regulador que depende de la densidad celular. Secretan un péptido que en altas concentraciones induce la competencia -Algunos procariotas son competentes de forma natural y facilmente transformables: Bacillus, Streptococcus. Obtención de células competentes en E.coli : tratadas con iones calcio y luego enfriadas Electroporación: usa breves pulsos eléctricos para introducir DNA electroporador

17 Mecanismo de la transformación en procariotas Proteína de unión de DNA Nucleasa Proteína especifica de competencia Rec A Integración de DNA Competencia depende del estado fisiológico, de la fase de crecimiento (fase logarítmica) y de la naturaleza del medio de cultivo en que crecen. Tomado de Brock. Microbiología de los microorganismos. 12 edición Células competentes fijan hasta 100 veces mas DNA. Solo 1 de cada 100 ó 300 fragmentos de DNA son captados.

18 Transfección: Transformación con DNA obtenido de un bacteriófago -Bacteriófago lítico Transfección: Ensayo de calvas -Útil para el estudio de los mecanismos de transformación y recombinación : pequeño tamaño de los virus bacterianos, permitiendo el aislamiento de una población homogénea de moléculas de DNA. Se puede transformar utilizando DNA plasmídico????? Las bacterias se transforman muy poco ya que el plásmido debe mantenerse de doble cadena y circular para poder replicarse.

19 Importancia: Común en bacterias Grampositivas Conversión lisogénica Transferencia de gene bacterianos a través de bacteriófago

20 Bacteriófagos: 1-Ciclo lítico y 2-lisogénico

21 Transducción: un virus bacteriano transfiere el DNA de una célula bacteriana a otra. Transducción generalizada: Cualquier fragmento de DNA del hospedador es empaquetado en el interior del virión maduro en lugar del genoma vírico. Los genes donadores no pueden replicarse independientemente y no forman parte del virus, se deben recombinar con el genoma hospedador. Transducción especializada: El DNA de una región especifica del genoma del hospedador se integra en el genoma del virus. Sólo en virus atemperados. Se puede producir recombinación homologa o el DNA bacteriano del donador forma parte en realidad del genoma de un fago atemperado se puede e integrar en el cromosoma hospedador durante la lisogenia Ej: Escherichia, Pseudomona, Salmonella, Staphylococcus etc.

22 Transducción generalizada: Tomado de Brock. Microbiología de los microorganismos. 10 edición

23 E. coli Transducción generalizada: -Cualquier segmento del donador -Infección lítica - Eficiencia de la transducción; baja

24 1- Inmunidad: la célula lisogénica es inmune a la reinfección por otro fago del mismo tipo Consecuencias de la lisogenia 2- Conversión fágica: la célula hospedadora puede exhibir nuevas propiedades o cambios genéticos. Ej: -Salmonella anatum: cambio en la estructura de un polisacarido de la pared celular por lisogenia del bacteriofago 15 -Corynebacterium diphteriae: sólo las cepas lisogénicas son productoras de toxina 3-Transducción especializada

25 Transducción especializada Tomado de Brock. Microbiología de los microorganismos. 10 edición

26 Transducción especializada: -Partículas transductoras: grupo restringido y especifico de genes del hospedador. -Eficiencia de la transducción: alta

27 Plásmidos: elementos genéticos extracromosomales A-Principios generales: DNA bicatenario, superenrollado y circular Se replican independientemente No tienen forma extracelular Portan genes no esenciales Menos del 5% del tamaño del DNA cromosómico Tamaño: 1 a 100 kpb B-Replicación: Gram negativos: Igual al cromosoma: ori R, bidireccional, theta Gram positivos: mecanismo del circulo rodante. Cebador proteico. D- Incompatibilidad: los del mismo grupo se excluyen (Grupo Inc), coexisten con los de otros grupos E- Curación: eliminación de plásmidos de la célula bacteriana. Ej:plásmidos de resistencia se pierden si no hay antibióticos C-Episomas: plásmidos que se integran al cromosoma bacteriano Tomado de Brock. Microbiología de los microorganismos. 12 edición

28 Tipos de plásmidos Plásmidos que confieren propiedades metabólicas especiales, degradar contaminantes tóxicos Plásmidos de Resistencia : que confieren resistencia a antibióticos. Ej: plásmido R100 del grupo de bacterias entéricas Plásmidos que codifican toxinas y otras características de virulencia. Ej: factor de antigénico de colonización, hemolisina, enterotoxina de E. coli enteropatógenas Plásmidos que producen bacteriocinas: Ej: Colicinas de E. coli: forma canales en la m. celular, incapacidad de formar energía. Nucleasas de E.coli: E2 y E3 Plásmidos conjugativos: dirigen la transferencia de su DNA o del cromosoma bacteriano por conjugación. Región tra: transferencia y apareamiento Contienen genes para: control de replicación incompatibilidad de resistencia funciones fisiológicas toxinas transferencia de inserción (células Hfr)

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31 Conjugación: Una célula donadora que contiene el plásmido conjugativo (célula F + ) transfiere DNA a una célula aceptora que no lo contiene (célula F - ). Implica el contacto entre células bacterianas (apareamiento). Codificado por un plásmido. Características esenciales: El plásmido conjugativo utiliza el mecanismo de conjugación para: 1-transferir copias de si mismos 2-transferir el cromosoma de la célula donadora, cuando se integra como un episoma. Plásmido F: -DNA circular -Genes que regulan su replicación -Elementos transponibles: secuencias de inserción -Región tra: transferencia, apareamiento y síntesis del pelo sexual. Tomado de Brock. Microbiología de los microorganismos. 12 edición

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33 Conjugación: Una célula donadora que contiene el plásmido conjugativo (célula F + ) transfiere DNA a una célula aceptora que no lo contiene (célula F - ). Implica el contacto entre células bacterianas (apareamiento). Características esenciales: El plásmido conjugativo utiliza el mecanismo de conjugación para: 1-transferir copias de si mismos 2-transferir el cromosoma de la célula donadora, cuando se integra como un episoma. Plásmido F: -DNA circular -Genes que regulan su replicación -Elementos transponibles: secuencias de inserción -Región tra: transferencia, apareamiento y síntesis del pelo sexual. Tomado de Brock. Microbiología de los microorganismos. 12 edición

34 Pelos sexuales Presentes solo en células donadoras Forma un contacto especifico con un receptor en la célula receptora (apareamiento especifico) Se retrae, desensamblando sus unidades Atracción entre las dos células Las células siguen en contacto por proteínas de unión El DNA se transfiere de a célula donadora a la receptora a través de esa conexión conjugativa Tomado de : Tortora, G,J.,Funke, B.R., Case, C. L. Introducción a la Microbiología. 9ª ed.

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36 Transferencia de DNA plasmídico por conjugación Tomado de Brock. Microbiología de los microorganismos. 12 edición

37 Conjugación: transferencia de genes cromosómicos Formación de cepas Hfr y movilización cromosómica por conjugación El plásmido F es un episoma que se integra en el cromosoma de E. coli Puede movilizar al cromosoma bacteriano durante la conjugación Las células que poseen un plásmido F: F+ Las células que poseen un plásmido F integrado en el cromosoma: Hfr Conjugación: Hfr + F - Transferencia de genes cromosómicos

38 En resumen: El plásmido F provoca tres alteraciones diferentes en las propiedades de una célula: 1- la capacidad de sintetizar el pelo 2- la movilización de DNA para su transferencia a otra célula 3- la alteración de receptores superficiales: la célula es incapaz de aceptar una segunda copia del plásmido F o plásmidos relacionados

39 Integración del plásmido F en el cromosoma bacteriano Secuencias de inserción (IS): elementos móviles presentes en el cromosoma de E. coli y el e plásmido F que proporcionan regiones de homología de secuencia que conducen a su integración. Tomado de Brock. Microbiología de los microorganismos. 10 edición

40 Transferencia de DNA cromosómico por conjugación Las cepas Hfr no convierten las F- en F+ o Hfr porque raramente se transfiere el plásmido completo. El cruce Hfr x F- genera el Hfr original (retiene una copia del plásmido integrado) y un F- con un genotipo nuevo. Tomado de : Tortora, G,J.,Funke, B.R., Case, C. L. Introducción a la Microbiología. 9ª ed.

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42 Detección de la conjugación: Tomado de Brock. Microbiología de los microorganismos. 10 edición

43 Interrupted Mating Chromosome transfer from the Hfr into the F- is slow: it takes about 100 minutes to transfer the entire chromosome. The conjugation process can be interrupted using a kitchen blender. By interrupting the mating at various times you can determine the proportion of F- cells that have received a given marker. This technique can be used to make a map of the circular E. coli chromosome. Se utiliza para mapear el orden de los genes en el cromosoma

44 Resumen de la conjugación: Células F- : no contienen el plásmido F y no pueden transferir DNA por conjugación. Ellos son recipientes de DNA transferido desde F+, F ó Hfr por conjugación. Células F+: contienen el factor F en el citoplasma y pueden transferir F con alta eficiencia a células F- durante la conjugación.. Células Hfr: tienen el F integrado dentro del cromosoma bacteriano y no en el citoplasma. Celulas F : plásmidos F previamente integrados en el cromosoma que al escindirse capturan algunos genes cromosomicos identificables. Permite la conjugación de un grupo restringido de genes a alta frecuencia.

45 DNA móvil: elementos genéticos transponibles Segmentos de DNA capaces de mudarse de una localización a otra. - Siempre insertos en otra molécula de DNA - Movimiento al azar No poseen su propio orir Se replican como parte de otra molécula de DNA: cromosoma, plásmido o virus Transposición mediante recombinación especifica (transposasa) Secuencias invertidas cortas Tomado de Brock. Microbiología de los microorganismos. 12 edición

46 Tipos de Elementos Transponibles Secuencias de Inserción (IS): Elementos que portan sólo los genes de transposición. Segmentos cortos. Transposasa y repeticiones invertidas en los extremos. Se encuentran en el cromosoma o en plásmidos. ABCDEFG Transposasa GFEDCBA Transposones (Tn): Elementos que portan otros genes además de los de transposición. Mas grandes. Transposasa y repeticiones invertidas en los extremos. Incluyen genes de resistencia a antibióticos

47 Agentes biológicos. Transposición Secuencias de inserción (IS), Transposones (Tn), Bacteriófago Mu Producen: inserciones, deleciones, cambio de expresión Secuencias de inserción (IS) : pb gen tnp codifica la transposasa que lo escinde e integra secuencias repetidas inversas en extremos: sitio de reconocimiento y acción de la transposasa muy frecuentes en genomas procariotas

48 Transposones Tn: Secuencias de inserción en los extremos de la transposasa gen y otros genes (resistencia) Bacteriófago Mu : Genoma vírico completo contenido dentro de un transposon. Es un transposón con la capacidad de encapsidar su ADN en una estructura viral

49 Los elementos transponibles se integran por recombinación sitio específica La transposasa realiza cortes escalonados en el ADN diana generando extremos de simple hebra y cataliza la integración. El ADN de simple hebra es reparado por la maquinaria celular.

50 Mecanismo de transposición: replicativo o conservativo La transposión es una recombinación de sitio especifica: secuencias especificas de DNA son reconocidas por la transposasa

51 Mutagénesis por transposones

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