BLOQUE II
TEMA 4 GENETICA BACTERIANA
Cualquier organismo está determinado por su material genético y su interacción con el medio ambiente que selecciona, activa, reprime o cambia el material genético.
Las bacterias poseen un genotipo que transmiten por herencia y un fenotipo que depende de las circunstancias que le rodean. Las bacterias sufren variaciones en sus caracteres y son de dos tipos: fenotípicas o adaptaciones y genotípicas (mutaciones, fenómenos de transferencia, elementos transponibles, transferencias).
El estudio de la genética bacteriana, atendiendo a los dos aspectos anteriores, permite entender mejor las funciones esenciales de su material genético y las características que rigen su comportamiento, su capacidad de adaptación al medio ambiente, la expresión de mecanismos de virulencia que les permite colonizar, invadir y dañar células eucariotas, y como consecuencia, el desarrollo de un gran espectro de enfermedades clínicas, pero también el refinamiento en procesos industriales o la mejora en los mismos.
FENOTIPO: Suma total de rasgos visibles que caracterizan a los miembros de un grupo.
¿QUE SON LAS VARIACIONES FENOTÍPICAS O ADAPTACIONES;
Cambios que se producen por la presión ambiental sobre las bacterias, pero no afecta al genoma. Son de alta frecuencia. Afectan a toda la población bacteriana sometida a la modificación ambiental. Son reversibles; cuando cesa la causa, retornan al estado primitivo.
No son hereditarias, porque no se modifica el ADN. Tipos de variaciones o adaptaciones fenotípicas:
Morfológicas; Bacilos cortos y móviles se convierten en bacilos largos e inmóviles debido al agotamiento de nutrientes). Cromógenas: Presentación de pigmentos o cambios en los mismos.
Enzimáticas; algunas bacterias producen enzimas en presencia de determinados sustratos, por ejemplo, penicinilasa en presencia de penicilina.
Patogénicas; Bacterias que producen toxinas según el ambiente en el que crecen. así Corynebacterium sólo lo hace si dispone de hierro en el medio..
GENOTIPO: Constitución hereditaria de un organismo que resulta de su combinación genética particular.
GENOTIPO BACTERIANO. VARIACIONES GENÉTICAS: Elementos genéticos esenciales;
El material genético bacteriano está formado por ADN, una molécula compuesta por unidas repetitivas de nucleótidos. Este ADN conforma el genoma bacteriano, pero también posee elementos extracromosómicos como plásmidos,
transposones e integrones.
Las dos funciones del material genético son replicación (duplicar su material genético para posterior herencia a su progenie) y expresión (determina las características observables, el fenotipo).
Poseen ARN de transferencia y ribosomal también. Características del genoma bacteriano:
El tamaño del genoma bacteriano es variable de una bacteria a otra.
La mayoría de las bacterias tienen un solo cromosoma circular con ADN de doble cadena.
Aunque hay bacterias con ADN lineal (Borrelia, Streptomyces) y bacterias con ADN lineal y circular (Agrobacterium). El cromosoma es cientos de veces más largo que el diámetro de la célula, aún así se acomoda al citoplasma gracias al
"superenrollamiento" que sufre.
Hay excepciones, como el micoplasma, cuyo cromosoma es una cuarta parte del de otras bacterias. Las bacterias son haploides, sólo poseen una copia de su cromosoma.
Expresión del material genético: Transcripción
Síntesis de ARN a partir de información del ADN.
Los nucleótidos que conforman el ADN están distribuidos en CODONES, a partir de regiones iniciadoras del gen hasta llegar al codón de terminación.
Para iniciar la transcripción, debe de unirse la RNA polimerasa a la región promotora (pares de bases antes del codón de inicio).
Cada codón determina un aminoácido y la secuencia dentro de la proteína que se va a transducir.
Los genes pueden estar organizados de varias maneras;
1.
Operones (grupos de uno o más genes estructurales).Se transcriben siempre que haya algo en el ambiente que "alerta" de su necesidad, con lo cual existen proteínas represoras y también inductoras que regulan estos genes.2. Islas de patogenicidad (agrupación de genes de virulencia).
Transducción
Síntesis de proteínas a partir de ARNm que transporta la información codificada en genes.
Elementos extracromosómicos que intervienen en los cambios: Plásmidos
Son unidades de información genética extra cromosómicos que codifican información no esencial para la viabilidad de la bacteria y que se replica de forma independiente del cromosoma.
Son DNA de doble cadena, circular, superenrollado.
Existen unos plásmidos conjugativos que están relacionados con los mecanismos de transferencia entre diferentes bacterias.
Los plásmidos se caracterizan por; su replicación autónoma, aportar genes para el metabolismo, virulencia, resistencia a antibiótico.
Algunos pueden incluirse en el genoma bacteriano (episoma).
Muchas cualidades portadas por plásmidos tienen interés clínico;
Algunos plásmidos determinan resistencia antibiótica, se le han denominado "plásmidos R".
Bacteriófagos.
Son elementos que pueden invadir bacterias y llevar material genético extracromosómicos.
Son agentes infecciosos que se replican como parásitos intracelulares obligados dentro de las bacterias.
El genoma del fago codifica para funciones necesarias para su replicación intracelular, pero también codifican para la síntesis de las proteínas necesarias para el ensamblaje del fago.
El genoma del fago puede codificar para características bacterianas no relacionadas a su replicación, fenómeno conocido como CONVERSIÓN, el cual es responsable de algunas características de virulencia bacteriana como la producción de toxinas.
Transposones:
Son secuencias de ADN que llevan información para una transposasa y en los extremos secuencias repetidas conocidas como de Inserción, y en medio de esta secuencia puede encontrarse la inserción de genes de virulencia, como toxinas o genes de resistencia a antibióticos.
Integrones:
Son elementos de ADN móviles que pueden capturar genes de resistencia o virulencia , los cuales están en "cassettes" y como acarrean una integrasa, pueden introducirse en el cromosoma, los transposones y los plásmidos de bacterias; de esta manera , pueden replicarse y expresar la información que llevan.
Intercambio y variabilidad genética:
La variabilidad genética es interesante desde el punto de vista de que muchas de estos cambios genéticos aportan resistencia a estas bacterias a ciertos medios, antibióticos.
Mutación; cambio transmisible en el genoma bacteriano, que es transmisible. Estas mutaciones pueden ser puntuales y suficientes para dar lugar, por ejemplo, a una resistencia por el cambio en la transducción de una proteína.
Pueden ser mutaciones de segmentos del DNA, sustituciones de nucleótidos, y micro inserciones, o por el contrario provocar alteraciones en regiones más grandes (inserciones y delecciones).
Recordar que un sólo cambio de en un nucleótido lleva a la fabricación de un proteína totalmente distinta, con lo que cambios leves pueden conllevar importantes consecuencias.
Transferencia de genes
Movimiento de material genético entre bacterias.
Transmisión vertical; Una bacteria transmite sus información genética a través de la división celular. Transmisión horizontal; Transmisión de material genético de una bacteria a otra.
Mecanismos de transmisión horizontal; transformación, conjugación, y transducción.
TRANSFORMACIÓN;
Las bacterias se transmiten material genético a través de DNA libre en el medio.
La bacteria receptora tiene mecanismos para captar el DNA a través de sus envolturas externas e introducirlo en su cromosoma.
Los genes intracromosomales se recombinan dando lugar a genes mosaico.
CONJUGACIÓN;
Se produce cuando dos bacterias tienen contacto entre ellas para intercambiar material genético. Así se transmiten plásmidos, y otros elementos.
Pasa una cadena de los plásmidos a la bacteria receptora quedando una en la bacteria donadora. Los plásmidos pueden adquirir genes de resistencia por conjugación (transposones e integrones).
TRANSDUCCIÓN:
Transferencia de información genética de una célula a otra a través de un virus. Estos virus se denominan bacteriófagos o fagos.
Penetran las membranas y la pared celular de la bacteria para inyectarle su material genético.
Durante la replicación del fago, éste puede llevarse material genético de la bacteria huésped, tanto plásmidos como material cromosómico. Luego salen de la bacteria, e infectan a otras, a las cuales les transmite e integran el DNA que llevan.
RESISTENCIA A LOS ANTIBIOTICOS:
Las mutaciones espontáneas y mecanismos de intercambio genético (conjugación y transducción) son responsables de la multi resistencia a los antibióticos entre otros.
Cepa bacteriana: bacterias que poseen características comunes a las de su especie (cepa tipo) o bien características diferenciales (mutación, genes adquiridos por transferencia). Ej cepa resistente a penicilina
MECANISMO de resistencia a antibióticos:
1.- Inactivación enzimática: enzimas que modifican la molécula de antibiótico. Codificadas por elementos genéticos extracromosómicos
2.- Impermeabilidad de las membranas o de la pared celular: modificación de los elementos de la membrana (ej. porinas) que impide el transporte de antibióticos.
3.- Expulsión por mecanismos activos.
4.- Modificación del sitio de acción (diana molecular). Reducción de la afinidad por el antibiótico ácidos nucléicos, ATP
K, Mg, Ca... cofactores para algunos enzimas
Fe... cofactor enzimático, componente de citocromos.
