genética de procariontes
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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)