Genetica Bacteriana

Estructura de los ácidos nucleídos DNA

RNA

Contiene las bases deoxiribosas adenina, guanina, citosina, y tiamina.

Contiene las bases ribosas adenina, guanina, citosina, y uracil (en lugar de tiamina, aunque tRNA contiene una forma modificada de tiamina).

El azúcar encontrado en los nucleótidos son deoxiribosa Las moleculas de DNA son usualmente de doble cadena

El azúcar encontrado en los nucleótidos son ribosa La mayoría de las moléculas de RNA son de cadena única

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REPLICACIÓN DEL DNA

Hasta un 98% de los genes son transcritos a  ARNm y posteriormente traducidos a proteínas  Algunos genes transcriben especies de  ARNribosomal (5S, 16S, 23S) Otros genes son transcritos a moléculas de ARNtransferencia

ADN

RNA Y SISTESIS DE PROTEINAS

Traducción: La síntesis de un polipéptido.

(después de las modificaciones postraduccionales se forma una proteína funcional). o Ribosomas bacterianos (70s, constituidos por dos

subunidades: la mayor 50s y la menor 30s). o Se realiza mediante tres etapas: iniciación, elongación y

terminación. o Se lee por codones (tripletes de nucleótidos).

Ge n é ti c a b ac te ri an a

o En muchas bacterias, se realizan varias v arias transcripciones y traducciones simultáneas. o Complejo Polirribosómico: Cuando a un mismo RNA mensajero se le unen varios ribosomas, cada uno realizando un proceso de traducción

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Características del código genético: Hay 22 aminoácidos aminoácidos que son codificados codific ados por la información genética transportada en mRNA Hay 64 codones (tres bases nitrogenadas), más de un codón codifica para el mismo aminoácido Un codón codón es reconocido específicamen específ icamente te por su secuencia complementaria de tres bases llamada anticodón (localizada en el tRNA)

Características del código genético: o El triplete de iniciación suele ser AUG que codifica para Formil-Metionina.

También pueden actuar como tripletes de iniciación GUG (Val) y UGG (Leu) aunque con menor eficacia.

o Existen tres tripletes sin sentido o de terminación que no codifican para

ningún aminoácido: UAA (ocre), UAG (ambar) y UGA.

ELEMENTOS GENETICOS EXTRACROMOSOMALES

ELEMENTOS GENETICOS EXTRACROMOSOMALES    

Plásmidos Bacteriófagos Transposones Integrones

PLASMIDOS  

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Moléculas de DNA de doble cadena circular,  Algunos son relativamente grandes (60-120 kb), otros son pequeños (1.5-15 kb) Llevan una pequeña parte de la información genética que no es esencial para la vida bacteriana

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Tienen sus propios genes de replicación ( replicones), y en algunos casos media su transferencia entre bacterias

PLASMIDOS 

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Pueden transportar hasta 100 genes que le podrían confieren a las bacterias propiedades especiales que pueden representar una ventaja con respecto a las bacterias que no lo poseen. Ej. Resistencia a antibióticos.  Algunos plásmidos (episomas) pueden integrarse dentro del cromosoma del anfitrion

EPISOMAS 

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Un episoma es un plásmido capaz de existir integrado o no integrado en el cromosoma bacteriano. Pueden replicarse en forma autónoma pero también pueden integrarse al cromosoma bacteriano y duplicarse junto con el resto de los genes cromosómicos. Un mismo elemento genético puede existir como plásmido en una bacteria y como episoma en otra.

Plásmidos 

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Plásmidos conjugativos: Se transfieren de una

bacteria a otra en forma autónoma. Plásmidos movilizables : Son movilizados por otro plásmido conjugativo con el cual se cointegran. Plásmidos relajados: Existen en múltiples copias por célula. Plásmidos restringidos: Una única copia o pocas copias por célula Plásmidos incompatibles: Dos plásmidos son incompatibles cuando no pueden coexistir establemente en una misma célula

Transferencia de plásmidos conjugativos entre bacterias

Resistencia transmisible a drogas Plásmidos conjugativos R 

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La resistencia a múltiples antibióticos se produce por la adquisición de un elemento extracromosómico conocido como factor de resistencia o Factor R.  Muchos factores de resistencia de bacterias  gram negativas son plásmidos conjugativos. El factor de resistencia tiene dos unidades funcionales: - Factor sexual o factor de transferencia de la resistencia. - Determinante-r: Confiere resistencia.

BACTERIOFAGOS – ver Transducción 

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Son virus que atacan a las bacterias, consisten de una envoltura o capside la cual rodea el DNA o ARN.  Algunos poseen una poseer un estructura parecida a una cola que les ayuda a unirse e infectar la bacteria Usualmente su reproducción destruye a la bacteria Los bacteriófagos temperados pueden seleccionar no matar a la bacteria. Después de la infección ellos pueden insertar su información genética (lisogenia) La información genética integrada en la bacteria (profago) puede dar ventajas fenotípicas

BACTERIOFAGOS – ver Transducción  Virus bacterianos. Genoma (acido nucleico ARN o ADN) cubierto por capa de proteinas. Pueden establecer un ciclo lítico o lisogénico Para integrarse reconocen secuencias específicas en el genoma bacteriano

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CICLO DE REPLICACIÓN DE UN BACTERIÓFAGO

TRANSPOSONES Secuencias de inserción (elementos IS) 

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Están compuestas por una secuencia corta de DNA que codifica las enzimas necesarias para su transposición. Pueden transferir DNA dentro de un célula de una posición a otra en el genoma, o entre diferentes moleculas de DNA (plasmido-cromosoma, plasmido-plasmido) Los extremos son secuencias repetidas invertidas idénticas de 15-25 pb, variables en distintas IS IL-1

IL

IR Transposasa

Transposones compuestos Contienen otros genes, además, de los genes necesarios para su transposición Ej R, Vir  A menudo contienen los genes extra en la región central, flanqueada en ambos lados por elementos de inserción similar ó idéntica

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IR

IL

IR

IL

Otros genes IS

IS

Familia de elementos genéticos potencialmente móviles capaces de integrar y expresar genes de resistencia a los antibióticos. 

Detectados en bacilos Gram (-) fermentadores: -Enterobacteriaceae y Vibrionaceae 

- En algunos no fermentadores: Pseudomonas aeruginosa  y  Acinetobacter baumannii25.

Integrones y cassettes génicos

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Figura 1. Representación esquemática de la estructura básica de un integrón y de la adquisición decassettes genéticos de resistencia. intI1: gen que codifica la integrasa clase 1; attI : sitio de recombinación del integrón en el cual los cassettes son integrados; PI: promotor que transcribe la integrasa; PC: promotor que dirige la transcripción de los cassettes integrados. attC : sitio de recombinación del cassette genético (esquema no dibujado a escala).

MUTACIÓN Y TRANSFERENCIA

GENOTIPO Y FENOTIPO 

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Genotipo es el conjunto de los caracteres genéticos que

la bacteria posee capaz de transmitirse a la descendencia. Fenotipo es el conjunto de caracteres manifestados por interacción del genotipo y el medio ambiente

Variaciones fenotípicas  

 Afectan a la mayoría de la población Son reversibles

Las variaciones fenotípicas pueden ser: Morfológicas Cromógenas Enzimáticas Patogénicas    

Variaciones genotípicas  Mutaciones

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Transferencia de material genético  y recombinación

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MUTACIONES 

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Son cambios hereditarios en la secuencia de nucleótidos de DNA Pueden ser espontáneas o inducidas por agente mutágenos. No necesariamente son irreversibles, ya que existen mecanismos de reparación y reversión.

MUTACIONES Independientemente de la causa, los cambios en DNA podrían generalmente ser caracterizados como: 1. Mutaciones puntuales: cambios en un nucleotido, lo cual altera el condón: puede formar un stop codón, puede ser una mutación silenciosa, formar una nuevo aminoácido con repercuciones en la propiedad de la proteína a formar 2. Cambios grandes tales como: delecciones, reemplazamiento, inserción o inversión de muchas bases 

Mutagénesis inducida  Agentes Físicos: Luz UV Radiaciones de alta energía  

 Agentes Químicos:  Agentes que modifican las purinas o pirimidinas de manera de provocar errores en el apareamiento de bases. Ej. Ácido nitroso y agentes alquilantes.  Agentes que interactúan con el DNA y su estructura secundaria, promoviendo errores en la replicación. Ej. Colorantes de acridina.  Análogos de bases que son incorporados en el DNA y provocan errores de incorporación o de duplicación. 

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Ge n é ti c a b ac te ri an a

o Mutación: es un cambio heredable en la secuencia de bases de

los ácidos nucleicos contenidos en el genoma de un organismo.

Tipos de mutaciones oDuplicaciones oDelecciones oInserciones oInversiones oTranversiones oTransiciones

Mutaciones Tipo

Agente causal

Consecuencias

Transición: pirimidina sustituida por  pirimidina o purina sustituida por  purina.

Análogos de bases, radiación UV, agentes desaminantes, alquilantes. Espontánea.

Si se forma un codón sin sentido,  péptido trunco. Si se forma un codón de sentido erróneo, proteína alterada.

Transversión: purina sustituida por  pirimidina o viceversa.

Espontánea.

Sustitución

Deleción Macrodeleción: supresión de un segmento grande de nucleótidos

HNO2, radiación, agentes alquilantes.

Péptido trunco

Microdeleción o deleción puntual. Supresión de 1 o dos nucleótidos

HNO2, radiación, agentes alquilantes.

Corrimiento del marco de lectura, que casi siempre da lugar a un codón sin sentido y a un péptido trunco.

Macroadición: inserción de un segmento grande de nucleótidos

Transposones o secuencias de inserción

Gen interrumpido que da lugar a un  producto trunco.

Microadición o adición puntual: Inserción de 1 o 2 nucleótidos.

Acridina

Corrimiento del marco de lectura, que casi siempre da lugar a un codón sin sentido y a un péptido trunco.

Inversión

Transposones o secuencias de

Diversos efectos posibles

Adición

Reversión de mutaciones Un organismo mutante puede recuperar su fenotipo salvaje por una segunda mutación denominada retromutación. Puede ser una segunda mutación en el mismo sitio afectado por la mutación primitiva (retromutación  verdadera) o en un sitio distinto dentro del mismo gen o en otro (mutación supresora). Producen un cambio compensatorio que restaura la actividad del producto génico alterado.

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Variaciones genotípicas  Mutaciones

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Transferencia de material genético  y recombinación

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Recombinación genética en las bacterias   

Proceso que forma un nuevo genoma recombinante Existen tres tipos de recombinación genética en Bact. Recombinación homologa 

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Intercambio recíproco entre un par de secuencias homólogas de DNA Ej. Transformación El proceso ocurre a cargo de los productos de los genes rec

Recombinación nohomologa 

El material genético no presenta homología con el cromosoma receptor y produce inserción o deleción, o ambas Ej. Transducción

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El proceso ocurre a cargo de enzimas virales

Procesos genéticos que realizan las bacteria como mecanismo de variación. o Transformación o Transducción o Conjugación

TRANSFERENCIA DE MATERIAL GENETICO Las bacterias intercambian material genético por tres mecanismos fundamentales:   

TRANSFORMACION TRANSDUCCION CONJUGACION

TRANSFORMACIÓN

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Intercambio genético Una bacteria capta fragmentos de ADN, de otra que se encuentran dispersos en el medio donde  vive.

TRANSFORMACIÓN

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 Algunas bacterias son naturalmente competente para recoger fragmentos de DNA i.e. Streptococcus pneumonia, Bacillus subtiles, Hamophilus influenza y Gonococo

TRANSFORMACIÓN

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Una ves recogido del ambiente, el fragmento de DNA debe ser recombinado por vía homologa para ser expresado y heredado Si no hay homología, el fragmento es degradado Sin embargo DNA plásmido podría ser transformado dentro de la célula

TRANSDUCCION 

Fenómeno por el que se transfiere un fragmento de  ADN de una bacteria a otra por medio de un fago (ADN bicatenario).

CICLO LITICO Y LISOGENICO DE UN FAGO

Conjugación: Una bacteria donadora se pone en contacto por medio de un pili con una bacteria receptora para pasar material genético. Realizado mediante la replicación de círculo rodante

Conjugación en una cepa de Escherichia coli (M.E 27.700x) © Dennis Kunkel, usada con permiso . http://www.biologia.edu.ar/animaciones/temas/adn_y_sintesis/conjugacion2.html

CONJUGACION 

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Depende de los genes tra que se encuentran en plásmidos conjugativos Los genes tra, codifican las intrucciones para que

la bacteria produsca el pilis sexual

CONJUGACION El factor F puede existir en 3 estados: Como episoma de replicación autónoma F+ Como parte integral del cromosoma Hfr Como episoma que contiene pequeños fragmentos del cromosoma F’   