genética de procariontes

GENÉTICA DE

PROCARIONTES

Introducción

• La recombinación genética en PROCARIONTES, bacterias y virus, es una

transferencia de una vía, de uno o más genes de una célula DONADORA

a una RECEPTORA. Es decir, se da la sustitución de uno o más genes de

una cepa a otra genéticamente diferentes.

• Estos procesos son semejantes a la reproducción sexual (EUCARIONTES)

y se les denomina sistemas parasexuales. De esta manera se cumple la

misma función: recombinación entre los genes homólogos y su posterior

segregación.

• Tres sistemas parasexuales conocidos: Transformación, Transducción y

Conjugación.

Conceptos Importantes

Medio mínimo: medio en el cual las bacterias son capaces de sintetizar todos los componentes

orgánicos que requieren.

Bacterias silvestres o prototróficas (+): bacterias capaces de crecer en medio mínimo.

Bacterias auxotróficas (-): bacterias incapaces de crecer en medio mínimo.

Bacterias resistentes (r): bacterias capaces de soportar la acción de antibióticos.

Bacterias susceptibles (s): bacterias incapaces de soportar la acción de antibióticos.

Además…

debido a que los procariontes son haploides

el genotipo corresponde al fenotipo!!!

Transformación: Sistema parasexual en donde un fragmento de DNA donador

ingresa a una célula receptoraS y se recombina.

S: también conocida como célula competente.

Transformación

Experimento de Frederick Griffith y colaboradores con Diplococcus pneumoneae (1928).

Imagen tomada de Scitable (sitio web), 2013.

Transformación

Experimento de Avery, MacLead y McCarty (1944).

Imagen tomada de biology.kenyon.edu (sitio web), 2013.

Transducción: Transferencia de genes de una bacteria a otra mediada por virus

que funcionan como vectoresS.

S: Es decir, vehículos.

Participación de Bacteriófagos o fagos capaces de transportar genes de una bacteria a

otra.

Transducción

: Virus que infectan exclusivamente bacterias. Imágenes tomadas y modificadas de Campbell, 2003; Russell, 2010.

Bacteriófago

• La transferencia de DNA entre células bacterianas por medio de un fago es un proceso parasexual

descrito por Norton Zinder y Joshua Lederberg (1952) en Salmonella typhimurium con el fago P22 y

se denominaron como transducción.

TIPOS DE TRANSDUCCIÓN

Transducción generalizada: transferencia de cualquier gen bacteriano por parte de un fago (éste

último puede insertarse en cualquier parte del genoma).

Transducción especializada: transferencia exclusiva de los genes que flanquean el lugar donde se

inserta un fago (éste último sólo se inserta en sitios específicos del genoma).

Transducción

Imágenes tomadas y modificadas de Russell, 2010.

Conjugación: Proceso de reproducción parasexual en el cual dos células

bacterianas establecen contacto y se transfieren material genético

de una a otra.

Conjugación

Experimento de Joshua Lederberg y Edward Tatum (1946) con Escherichia coli.

Russell, 2010.

met: metionina

bio: biotina

thr: treonina

thi: tiamina

leu: leucina

¿recombinación o transformación?

Medio mínimo

Conjugación

Comprobación: Experimento del tubo en “U” (Bernard Davis, 1950).

Russell, 2010.

No hay presencia de bacterias

prototróficas. Por lo tanto, es

necesario el contacto entre

células.

Bacterias auxotróficas

Bacterias auxotróficas

Russell, 2010.

William Hayes

1953

William Hayes &

Luca Cavalli-Sforza

1953

Factor de Fertilidad

(F+)

Recombinación de

Alta frecuencia

(Hfr)

F+ en episoma F+ en el cromosoma

bacteriano

F+ no se pasa de

forma completa

F+ se pasa de

completamente

F+ F+

Hfr

Hfr F-

F+ F-

F-

MAPEO GENÉTICO EN PROCARIONTES

Es posible realizarlo a través de los sistemas parasexuales:

TRANSFORMACIÓN

TRANSDUCCIÓN

CONJUGACIÓN

Conjugación Interrumpida

Russell, 2010.

F. Jacob & E. Wollman,

finales de los 1950s.

Snyder y Champness, 2007 Mapa Genético de Escherichia coli

Mapeo Genético

El genoma completo tarda en pasar 100 minutos, 1 minuto corresponde a 20 unidades de mapa. Por lo tanto, el genoma contiene 2,000 unidades de mapa.

• Una cepa Hfr, porta los marcadores prototróficos w+ y+ z+, es mezclada con una

cepa F-, la cual porta los alelos auxotróficos w y z. La conjugación entre dichas

cepas es interrumpida en intervalos de 5 minutos y las bacterias sembradas en

medio para revelar la presencia de recombinantes. Lo que se observó fue lo

siguiente:

Obtener el orden de los genes de acuerdo a los resultados de la siembra.

Ejercicio

Tiempo (minutos) Recombinantes detectados

5 w y+ z

10 w y+ z+

15 w+ y+ z+

REGULACIÓN DE LA

EXPRESIÓN GÉNICA EN PROCARIONTES

Wikimedia Commons, 2013.

Ácidos Nucleicos

APSnet (sitio web), 2013.

Bases Nitrogenadas

3’

3’ 5’

5’

Griffiths et al., 2004.

Código Genético

Wikipedia, 2013.

Dogma Central

de la Biología Molecular

Genoma Bacteriano

Applied Molecular Genetics (sitio web), 2013.

CARACTERÍSTICAS

• Constituido por una sola molécula

de DNA, en forma circular.

• Esta molécula se encuentra en el

citoplasma de la bacteria (NO HAY

NÚCLEO).

• Genotípicamente son haploides.

• Los genomas bacterianos no

presentan intrones (en particular los

genes) ni “ADN basura”.

• Los genes están organizados en

policistrones y son controlados por

secuencias reguladoras (Operones).

Esquema de un Operón

1 2 3

Gen

regulador

Promotor Operador Genes estructurales

Proteína

represora

• Gen regulador: secuencia que codifica para una proteína que se une al operador.

• Promotor: secuencia a la que se une la RNA polimerasa (río arriba del sitio de inicio de la transcripción).

• Operador: secuencia que controla la activación/desactivación del promotor (“interruptor génico”).

• Proteína represora: molécula que se une a la secuencia del operador e impide el avance de la RNA polimerasa.

• Genes estructurales: genes que se expresan en policistrones cuando el promotor está activado. Genes cuya expresión está regulada.

F. Jacob y J. Monod (1961)

Operón lac (lactosa)

Operón lac (lactosa)

Operón trp (triptófano)

Operón trp (triptófano)