organizaciÓn genÓmica en procariotas · 2- inyección del genoma viral (adn) 3- transcripción,...
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ORGANIZACIÓN GENÓMICA
EN PROCARIOTAS
Cromosomas procariotas
Concepto tradicional: Escherichia coli
En un nucleoide de tinción clara se ubica una molécula
de ADN circular.
Cromosoma de Escherichia coli
Superenrollamiento organizado en dominios: de un
núcleo de proteínas irradian de 40 a 50 bucles
superenrollados de 100kb cada uno.
Una rotura provoca rotación y desenrollamiento de un
segmento de 100 kb.
Bucle desenrollado
Bucles superenrollados
Núcleo proteico
Proteínas de empaquetamiento del cromosoma
de Escherichia coli
- Proteínas HU: forman un tetrámero alrededor del cual
se enrolla el ADN. Evitan el desenrollamiento total ante
una rotura.
- ADN topoisomerasa I: cortes doble hebra para liberar
tensión en la molécula de ADN.
Distintos tipos de organización genómica
Cromosomas circulares:
Escherichia coli: 1 cromosoma circular, diversos
plásmidos
Vibrio cholerae: 1 cromosoma circular y 1
megaplásmido
Distintos tipos de organización genómica
Cromosomas lineales:
Borrelia burgdorferi B31: 1 cromosoma lineal,
diversos plásmidos circulares y lineales.
Distintos tipos de organización genómica
Genoma multipartito:
Deinococcus radiodurans R1: 2 cromosomas, 1
megaplásmido, 1 plásmido (todos circulares)
Distintos tipos de organización genómica
Especies de vida libre:
Exposición a un espectro amplio de condiciones
ambientales, tienden a tener genomas más grandes.
Parásitos estrictos: genomas más pequeños, obtienen
nutrientes de su hospedador.
Cromosomas de Archaea
Arqueobacterias:
Una molécula de ADN circular
Tetrámero de proteínas muy similares a histonas
alrededor del cual se asocian 80pb
Plásmidos
ADN extracromosómico generalmente circular
tamaño pequeño (pocas kilobases)
sin proteínas asociadas
Origen de replicación
1, 2, o muchas copias por célula
pueden contener genes adicionales
Algunos pueden transferirse a otras bacterias e
integrarse al cromosoma = episomas
Plásmidos
Plásmido función Ej. sp.
de resistencia rcia. a ATB Rbk Escherichia coli
de fertilidad conjug. y transf. F “ “
lítico toxinas contra bact. Col “ “
degradador enzs. Metabólicas TOL Pseudomonas putida
de virulencia patogenicidad Ti Agrobacterium tumefaciens
Organización genética del cromosoma en
procariotas
Organización compacta:
Escasas regiones no codificantes
Escaso ADN repetitivo
Genomas pequeños = replicación rápida
Generalmente < 5 Mb, en relación con modo de vida
Ausencia de intrones (salvo arqueobacterias)
Organización en operones
Cromosoma de E. coli
Organización genética del cromosoma en
procariotas
Operones:
agrupamiento de genes que se expresan como una
unidad: ARN policistrónico
Casi siempre genes involucrados en una misma ruta
bioquímica
Op. treonina
Op. triptofano
Procesos de transferencia génica en bacterias
Incorporación de material genético que puede
integrarse o no al cromosoma bacteriano
No tienen relación con la reproducción bacteriana
Conjugación
Transferencia de genes de una bacteria donante a otra
receptora.
Entrecruzamiento entre el material transferido y el
cromosoma
Conjugación: comprobación experimental
1946: J. Lederberg
y E. Tatum
Cepas auxótrofas
de E. coli =
Existe un
intercambio entre
las cepas
Siembra en agar-medio mínimo
Sin crecimiento Colonias capaces sin crecimiento de sintetizar los 4 nutrientes
Conjugación: comprobación experimental
1946: B. Davis
Tubo en U, cepas
separadas por un filtro =
El intercambio genético
requiere el contacto
entre las células
bacterianas
Filtro de poro fino
Conjugación
Factor de fertilidad F: plásmido de
intecambio génico (episoma)
Donante F+
Receptora F-
Contacto - puente citoplasmático
Transferencia y replicación
Replicación de la hebra
transferida
F+ F+
Conjugación
La transferencia del Factor F tiene una dirección:
El primero en ingresar es el sitio oriT
Si se transfiere el plásmido completo, la célula
receptora se convierte en F+
Conjugación
Factor de fertilidad F:
- genes para formación del pilus y relaxosoma para
transferencia
- durante la conjugación una bacteria donante F+
transfiere ADN a una receptora F-
- pasa una hebra (que es sustituida por replicación)
- en la célula receptora, se replica la hebra y se
restablece un plásmido doble cadena
Conjugación
Factor de fertilidad F: plásmido de
intecambio génico (episoma)
Donante F+
Receptora F-
Contacto - puente citoplasmático
Replicación y transferencia
Recombinación con el cromosoma
y degradación del material sobrante
F+ Hfr
Conjugación: células Hfr
- si el factor F se integra al cromosoma bacteriano =
célula Hfr = high frequency of recombination luego en la
conjugación se transfieren genes cromosómicos
- explica lo observado por Lederberg y Tatum
- la cantidad de genes transferidos depende del tiempo
de conjugación (en ocasiones, cromosoma completo)
Conjugación: células F´
- el factor F integrado al cromosoma bacteriano se
escinde
- lleva consigo genes cromosómicos
- al producirse la conjugación, se generan diploides
parciales = sexducción
Factor de fertilidad F
- plásmido F
- Integrado al cromosoma = Hfr
- plásmido con genes cr. = F´
Receptoras: F- (ausente)
D
onante
s
Mapeo de genes bacterianos en E. coli
Conjugación interrumpida de células Hfr con células F-
- el primero en ingresar es el sitio oriT
- interrupción en distintos tiempos antes de la
transferencia total del cromosoma
- relación directa entre el tiempo de transferencia y la
distancia relativa al oriT
- unidad de distancia relativa: minuto
Transformación
Incorporación de material genético desde el medio por
una bacteria competente (recordar experimentos de
Griffith y de Avery-Mac Leod-Mc Carty)
Competencia bacteriana: natural o inducida en
laboratorio
Transformación
Entrecruzamiento entre el material incorporado y el
propio (cromosoma o plásmido)
Origen: generalmente ADN de organismos muertos
Transducción
Transferencia de material genético desde una bacteria
a otra a través de virus bacteriófagos.
Entrecruzamiento entre el material transferido y el
cromosoma.
Espectro limitado: entre especies relacionadas o dentro
de la misma sp bacteriana
La cubierta proteica viral protege el material a transferir,
no es afectado por nucleasas ambientales
Transducción
Fragmentación del ADN y empaquetamiento erróneo de
material
bacteriano
Consecuencias evolutivas de la transferencia
horizontal de material genético
El concepto de barrera interespecífica al flujo de genes
pierde validez
La mayoría de las bacterias tienen ADN adquirido de
otras especies
Procariotas de un nicho ecológico intercambian material
para aumentar su aptitud de supervivencia
Ej.: plásmidos R: resistencia a antibióticos
multirresistencia en ambientes hospitalarios
Consecuencias evolutivas de la transferencia
horizontal de material genético
Metagenómica:
Análisis de secuencias de todos los genomas
bacterianos de un ambiente particular. Ej.: suelo, lago
No requiere cultivar y aislar cada especie
Secuenciación y ensamblado de genomas microbianos
a partir de las muestras ambientales
GENOMAS
DE VIRUS
Genomas virales
- ADN o ARN
- monohebra o doble hebra
- lineal o circular
- 1 sola molécula o genoma segmentado (varias
moléculas de ARN)
- recubierto de una envoltura proteica
Bacteriófagos
1930 M. Delbrück
Infectan a las bacterias.
3 tipos de cubiertas proteicas
Exclusivo de bacteriófagos
Genomas de Bacteriófagos
- tamaño de genoma entre 1,6 y 150 kb
- de 3 a más de 200 genes (más genes en fagos
más grandes)
- puede haber superposición de genes y
agrupamiento de genes por función
Bacteriófagos
Genes superpuestos. Comparten secuencias con distinto
marco de lectura.
ADN monohebra
Bacteriófagos
Genes superpuestos.
Ej: IDBV (enf. infecciosa de la bursa) en aves
Bacteriófagos
Unidades de Transcripción Complejas (UTC): se
transcribe un ARNm policistrónico.
Ej: Adenovirus que causan infecciones en las vías
respiratorias, conjuntivitis, cistitis hemorrágica y
gastroenteritis: UTC con 5 sitios de poliadenilación y
varios empalmes diferentes, pueden producir 12
ARNm distintos.
Estrategias de replicación de bacteriófagos
Ciclo lítico o virulento:
1939, E. Ellis y M. Delbrück, estudios en cultivos
bacterianos.
Ej.: fago T4
Período latente breve: fase inicial de
la infección, reproducción dentro de
la bacteria.
ADN doble hebra
Estrategias de replicación de bacteriófagos
Ciclo lítico o virulento:
Ej.: fago T4 (serie T)
Lisis celular poco
después de la
infección.
Infección de nuevas
células.
Ciclo lítico o virulento del fago T4
1- Fijación del fago a una proteína
receptora (porina OmpC)
2- Inyección del genoma viral (ADN)
3- transcripción, despolimerización del
genoma bacteriano y replicación del viral
4- síntesis de proteínas virales y
ensamblado de partículas virales
5- estallido celular y liberación de fagos,
infección de nuevas células
Estrategias de replicación de bacteriófagos
Ciclo lisogénico:
Ej.: fago λ
el genoma del fago se integra al genoma del
hospedador por recombinación
Se genera una forma latente del fago: profago
Puede permanecer latente muchas generaciones
Ciclo lisogénico
Fago λ
1- Ingreso del ADN viral
2- integración por recombinación
de secuencias idénticas
3- replicación junto con el
cromosoma bacteriano
4- eventual cambio al modo lítico:
recombinación, replicación y
síntesis proteica
Transducción
Transferencia de genes
entre bacterias a través de
virus
1952: Lederberg y Zinder,
experimento del tubo con
filtro.
Intercambio de genes sin
contacto entre las bacterias.
Transducción
Generalizada:
1- Fragmentación del cromosoma bacteriano
2- empaquetamiento erróneo = fago transductor.
3- inyección e integración al cromosoma de la
bacteria receptora por recombinación
Transducción
Especializada:
En ciclos lisogénicos, por escisión errónea del genoma
viral
Se transducen genes cercanos al sitio de integración
Virus de eucariotas
2 tipos de cubiertas proteicas
Virus de eucariotas
Algunos virus de animales pueden tener una
membrana lipoproteica adicional
Virus de eucariotas
- genomas de tamaño similar a fagos o más grandes
(ej. 240kb)
- generalmente cumplen el ciclo lítico
- unos pocos se integran = lisogénicos, ej. retrovirus
Genomas de virus de eucariotas
Gran variedad de genomas
- circular o lineal,
- 1 hebra, 2 hebras, o parte monohebra y parte doble,
- segmentado o no
- virus de plantas: la gran mayoría ARN
- virus de animales: ADN o ARN
- el genoma puede ser más grande que el de los
fagos
Retroelementos virales
Son virus de eucariotas integrados. Genoma de ARN
monohebra, 600 a 9 kb. Una retrotranscriptasa copia
el ARN a ADN doble hebra.
- Retrovirus: la cápside envuelve el genoma de ARN
- Pararretrovirus: la cápside envuelve el genoma de
ADN
Virus de eucariotas
Retrovirus: virus eucariotas integrados
Virusoides
- ARN circular monohebra
- menos de 400 nt
- se alojan en la cápside de virus
- serían parásitos de los virus
- frecuentes en plantas
Viroides
- ARN circular monohebra
- menos de 400 nt
- no se recubren de una cápside
- se propagan como ARN desnudo
- frecuentes en plantas
Priones
- no contienen ácidos nucleicos
- proteína resistente a las proteasas
- no tienen relación con los virus
- ej. Encefalopatía espongiforme de ovinos y bovinos