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GENETICA BACTERIANAMICROBIOLOGIA 2004
M.Sc Martha Flórez Flores
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La reproducción bacteriana se realiza
asexualmente (fisión binaria) precedida por una duplicación de ADN y una separación de las dos moléculas.
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Para que se exprese la información es
necesario 3 macromoléculas:ADN (material genético de la bacteria)ARN (mensajero, ribosómico y de
transferencia).Polipéptido ( la proteína- el producto
final)
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DNA (transcripción) RNA
(transducción) Proteína
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Genoma bacteriano
Conjunto de genes que posee una bacteria tanto en su cromosoma como en sus elementos extracromosómicos (si los posee).
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El cromosoma bacteriano consta de una
sola molécula circular de ADN de doble cadena (5 millones de pares de bases).
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• Las bacterias pueden contener elementos extracromosómicos como los plásmidos y bacteriófagos siendo estos independientes del cromosoma bacteriano y pueden transmitirse de una célula a otra.
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• Los genes esenciales para el crecimiento bacteriano se encuentran en el cromosoma y los plásmidos portan genes vinculados con funciones especializadas.
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El ADN se sintetiza por replicación
semiconservadora y bidireccional. Las moléculas de ADN que contienen la información genética necesaria para su propia replicación se llaman replicones.
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Plásmido : elemento genético extracromosomico, constituido por ADN
de doble cadena circular, puede eliminarse de la bacteria sin aparente alteración de sus características biológicas.
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Los plásmidos codifican 3 grupos de genes. Los de autorreplicaciónLos responsables de sus caracteres
fenotípicos (resistencia antibiótica, antisépticos, producción de toxinas, etc.)
Los que intervienen en su transferencia,
formación de los pili y proteínas asociadas.
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Tipos de Plasmidos
Plásmidos R
– Resistencia a los antibióticos
Ej. Staphylococcus
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Plásmidos productores de antibióticos
– Ej. Streptomyces
Plásmidos productores de bacteriocinas
– Colicinas
– Ej. Bacterias entéricas
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Plásmidos de virulencia
– Enterotoxina y hemolisina
Ej. Escherichia coli
– Coagulasa, hemolisina y enterotoxina
Ej. Staphylococcus aureus
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Episoma: Plasmidos con capacidad de
integrarse en el genoma, quedando bajo
su control de replicación.
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REPLICACIÓN DEL ADN BACTERIANO
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La replicación del ADN bacteriano se inicia
en una secuencia especifica del
cromosoma denominado denominado Ori C.
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El proceso de replicación exige de muchas enzimas como:
Helicasa (desenrolla el ADN)
Primasa (sintetiza los cebadores que inician el proceso).
ADN polimerasas (que copian el ADN en
dirección 5’a 3’)
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Las bacterias tienen 2 tipos de ADN:
replicones y no replicones.
Replicón: Segmento de ADN que puede
replicarse de manera autónoma por que
tiene un origen de replicación como el Ori C.
El cromosoma, plásmidos y bacteriófagos
son replicones
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No replicón : segmento de ADN que carece
de origen de replicación (OriC) y solo puede
replicarse si se recombina solo con un
replicón.
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Los operones son grupos de uno o más
genes estructurales que codifican enzimas
de una vía específica, regulados de una
forma coordinada (Ej. operón lac de
Escherichia coli).
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Elementos transponibles(Transposones)
La transposición es el proceso por el que
los genes se mueven de un lugar a otro
en el genoma.
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La transposición de genes está ligada a la presencia de elementos genéticos especiales llamados elementos
transponibles:
– Secuencias de inserción (SI)
– Transposones complejos
– Transposones asociados a fagos (Bacteriófago µ)
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Las SI y los transposones llevan genes que
codifican una transposasa, enzima
requerida para la transposición.
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Las SI son el tipo más simple y no llevan
otra información genética que la requerida
para desplazarse a nuevos lugares. Se
encuentran tanto en el ADN cromosómico
como plasmídico, así como en ciertos
bacteriófagos
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Los transposones complejos “genes
saltarines” son más largos que las SI y
llevan otros genes, algunos de los cuales
confieren importantes propiedades al
organismo que los lleva (Ej. resistencia a
los fármacos).
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Los transposones tienen genes que les
permiten no solo moverse de un sitio a otro
del genoma bacteriano sino también
transferirse de una bacteria a otra.
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El bacteriófago µ es un transposon (Tn3 ) asociado al fago de E.coli, este porta el gen para la resistencia a la ampicilina.
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Al parecer Haemophilus influenzae y
Neisseria gonorrhoeae desarrollaron
resistencia por primera vez a la ampicilina
cuando obtuvieron Tn3 de E.coli
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Importancia
Estos genes móviles pueden infectar
plásmidos y favorecer la aparición de la
resistencia a antimicrobianos en el medio
hospitalario
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INTERCAMBIO GENÉTICO EN LAS BACTERIAS
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Mecanismo
El intercambio es unidireccional, es decir,
tiene una determinada polaridad, existiendo
células donadoras y células receptoras.
El intercambio del genomio de una célula a
otra no suele ser total, sino parcial.
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Parte del material genético, una vez
introducido en la célula receptora, sufre
inmediatamente un fenómeno de
recombinación con el genomio de la
receptora.
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El resto del material de la donadora o no
se replica, o se ve destruido.
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La recombinación genética puede
observarse porque se transfieren
fragmentos de ADN homólogo desde un
cromosoma donador a una célula
receptora por uno de estos tres procesos:
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TRANSFORMACIÓN
Captación y asimilación de ADN libre
(desnudo), a partir del medio, por parte de
una célula receptora.
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La bacteria capaz de asimilar ese ADN se denomina “transformable”. La capacidad de las bacterias a transformarse se conoce como competencia y depende de la presencia de un factor de competencia (péptido).
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Existen varios géneros con especies que poseen
sistemas naturales de transformación:
Streptococcus, Bacillus, Haemophilus,
Pseudomona.
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Transfección
Es el proceso por el cual las bacterias se
pueden transformar con ADN extraído de un
de un bacteriófago o plásmido en vez de
ADN cromosómico.
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Importancia
Se puede inducir a las bacterias para que acepten genes eucariotas divididos que dentro de plásmidos y como resultado las bacterias transformadas son capaces de sintetizar proteínas humanas.
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CONJUGACIÓN
Transferencia directa de material genético, promovida por un plásmido, desde una célula donadora a otra receptora, por medio de contactos íntimos entre ambas (puentes de unión o conjugados).
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La conjugación produce la transferencia
unidireccional de ADN desde una célula donadora hasta una célula receptora a
través del llamado través del llamado pili sexual (Gram negativas).
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El tipo de acoplamiento depende de la presencia (en la célula donadora) o ausencia (en la célula receptora) de un plásmido conjugado (portador de todos genes necesarios para su propia los transferencia).
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Tipos de conjugación
Que se producen por:
1. Transferencia de genes de plásmidos.
2. Transferencia de genes cromosómicos.
3. Transferencia de genes de plásmidos y cromosómicos.
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Aunque por regla general la conjugación tienen lugar entre miembros de la misma misma especie, también se ha demostrado que, ocurre entre bacterias y células vegetales, animales y hongos.
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Importancia
Es una herramienta útil para la elaboración de mapas genéticos bacterianos. En el curso de la conjugación, los genes son transmitidos en forma consecutiva, a velocidad constante y siempre en el mismo orden relativo.
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TRANSDUCCIÓN
El material genético es transportado desde la célula donadora a la receptora por medio de un virus bacteriano (bacteriófago), que actúa como vector.
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La integración de un fago al genoma bacteriano es en regiones predeterminadas o al azar, en ambos casos hay interrupción de la lectura del ADN bacteriano en el sentido de la transcripción.
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Existen 2 tipos de transducción:
Generalizada (si los fagos transfieren genes con secuencias aleatorias a causa de un almacenamiento accidental del ADN del huésped) o Especializada (si los fagos transfieren genes específicos).
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Existen varios géneros con especies que
poseen sistemas naturales de transducción:
Salmonella, E. coli.
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Importancia
Muchos factores de resistencia se diseminan por transducción (Gram posi-tivos).
Es una herramienta útil para la elabo-ración de mapas genéticos bacterianos.
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Bacteriófagos
Son virus bacterianos. Pueden sobrevivir
fuera de la célula huésped porque el genoma (ADN o ARN) esta protegido por una capa de proteínas.
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Los fagos se diferencian en base a su modo de propagación en líticos y lisogénicos. Los fagos líticos producen muchas copias de sí mismos conforme destruyen a la célula huésped (Ej. Fago T4 de Escherichia coli).
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El fago β de Corynebacterium diphtheriae codifica la toxina diftérica por tanto, sólo las bacterias lisogénicas son capaces de producir la difteria.
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APLICACIONES MÉDICAS
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La ingeniería genética (biotecnología de
la genética bacteriana) permite arrancar genes (segmentos de ADN) de un tipo de organismo y combinarlos con los genes
de un segundo organismo.
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Así de organismos relativamente simples
como bacterias o levaduras se puede
inducir a fabricar grandes cantidades
de proteínas humanas (interferones e
interleuquinas)
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Ellos pueden fabricar también proteínas de agentes infecciosos tales como el virus de la hepatitis o el virus del SIDA, para su uso en vacunas.
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APLICACIONES PRACTICAS
Fermentaciones microbianas
– Antibióticos Vacunas virales
– Hepatitis B Proteínas
– Insulina
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Regulación y terapia génica
– Interferón Clonación Vegetales y animales transgénicos Biodegradación de desechos tóxicos