Bases Moleculares de La Resistencia Antimicrobiana

7/25/2019 Bases Moleculares de La Resistencia Antimicrobiana

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TRANSFERENCIA DE GENES

El concepto de redistribucin de las caractersticas a travs de la reproduccin

sexual en los aniales ! las plantas era "ailiar uc#o antes de $endel lo puso

sobre una base cient"ica% No slo las caractersticas de los individuos representan

una cobinacin de los de sus padres &o abuelos'( pero el "eneno se #a

utili)ado durante si*los para establecer nuevas cepas de plantas ! aniales +ue

cobinan las e,ores caractersticas de las di"erentes cepas% -Co podeos

aplicar el iso concepto a or*anisos coo las bacterias +ue no presentan

reproduccin sexual.

A#ora sabeos +ue las bacterias intercabian in"oracin *entica( no slo en el

laboratorio sino tabin en la naturale)a% /a! tres ecanisos "undaentalente

distintos de las +ue puede producirse dic#a trans"erencia *entica0

1 de trans"oracin( en el +ue una clula ocupa olculas de ADN aisladas del

edio +ue lo rodea2

3 con,u*acin( +ue iplica la trans"erencia directa de ADN de una clula a otro2

4 transduccin( en el +ue la trans"erencia est5 ediada por virus bacterianos

&bacteri"a*os'%

No todas las especies bacterianas presentan todos estos odos de trans"erencia

*entica% Con,u*acin se deuestra 5s "5cilente en bacterias Gra6ne*ativas(

pero s ocurre en al*unos *neros Gra6positivas tales coo Strepto!ces !

Streptococcus% Aun+ue al*unas especies bacterianas iportantes son

naturalente trans"orable( en uc#as trans"oracin otra especie slo se

deuestra "5cilente despus de al*una "ora de pre6trataiento arti"icial de las

clulas( ! por lo tanto probableente no ocurre naturalente en esos or*anisos%

Estos ecanisos di"ieren de verdadera reproduccin sexual en dos aspectos

principales0 no existe un vnculo con la reproduccin ! la contribucin *entica de

los padres es desi*ual% 7os padres est5n por lo tanto conocen coo clulas

donantes ! receptores2 la pro*enie recobinante se asee,an a la cepa ori*inal

destinatario en la a!ora de las caractersticas% En este captulo la atencin se

centrar5 en la trans"erencia natural de *enes entre bacterias &trans"erencia

#ori)ontal de *enes'( ! sobre la iportancia +ue esto tiene para la evolucin de las

bacterias% 7os ecanisos +ue se utili)an en el laboratorio( especialente para la

odi"icacin *entica( ! su aplicacin tanto para la anipulacin *entica !an5lisis *entico ser5n cubiertos en los captulos 8619%

:%1 Trans"oracin

En cierto sentido( "ue el descubriiento de la trans"oracin( la captacin de ADN

por clula bacteriana( +ue inici el estudio de la *entica bacteriana ! la biolo*a

olecular coo la conoceos #o! en da% Fue en 1;38 +ue Fred Gri""it#( en

colaboracin con el neuococo &Streptococcus pneuoniae'( descubri +ue las


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cepas no virulentas podan ser restaurados a la virulencia de incubacin con un

extracto de clulas virulentas uertas% Diecisis a


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de la presencia de una secuencia espec"ica la absorcin de 19 pb% El *enoa de

N% enin*itidis contiene cerca de 3%999 copias de esta secuencia( +ue slo

ocurrir5n con poca "recuencia( por casualidad( en otros *enoas% Del iso

odo( la trans"oracin de /aeop#ilus in"luen)ae se ve "acilitada por la

presencia de una secuencia de captacin del 3; pb +ue se produce

aproxiadaente 1B99 veces en el *enoa de /% in"luen)ae% Estos or*anisosser5n( por tanto( slo se pueden trans"orar de anera e"iciente con el ADN de la

isa especie%

@or otro lado( ?% subtilis ! Str% pneuoniae puede toar #asta pr5cticaente

cual+uier olcula de ADN lineal% @ero toando el ADN es slo el coien)o% Si la

clula es lle*ar a ser trans"orada de anera estable( el nuevo ADN tiene +ue ser

replicado ! #eredada% Coo estaos considerando a+u "ra*entos de ADN

croosico &en lu*ar de pl5sidos'( la replicacin del ADN slo ocurrir5 si el

ADN entrante se recobina con el croosoa del #usped% Esto re+uiere

#oolo*a entre el ADN trans"orante ! el croosoa receptor% Esto no

constitu!e una barrera absoluta a la trans"oracin con ADN para otras especies%Siepre #a! su"iciente siilitud en al*unas re*iones de los croosoas( los

se*entos de ADN an pueden su"rir recobinacin con el croosoa receptor%

Cuanto 5s cerca la relacin taxonica( lo 5s probable es +ue va a ser lo

su"icienteente siilares% n e,eplo de esto( con una considerable iportancia

pr5ctica( es el desarrollo de resistencia a la penicilina en Str% pneuoniae% Esto

parece #aber ocurrido por la sustitucin de parte de los *enes +ue codi"ican para

las en)ias diana penicilina con ADN correspondiente de estreptococos orales

naturalente resistentes% Trans"oracin natural es de utilidad liitada para la

odi"icacin *entica arti"icial de bacterias( principalente debido a +ue "unciona

e,or con "ra*entos de ADN lineales en lu*ar del pl5sido circular DNA +ue seutili)a en la odi"icacin *entica% @ara la introduccin de *enes "or5neos en un

#usped bacteriano( diversas tcnicas se usan para inducir un estado arti"icial de

copetencia% Alternativaente( es posible soeter una e)cla de clulas ! el

ADN breveente a un alto volta,e +ue perite al ADN para entrar en la clula &un

proceso conocido coo electroporacin'% Aun+ue los ecanisos iplicados son

u! di"erentes( todos coparten el ras*o caracterstico de la toa de ADN

=desnudo= por las clulas( ! por lo tanto se les conoce tabin coo

trans"oracin% Estos todos se tratan en el Captulo 8%

:%3 Con,u*acin

7a con,u*acin es la transisin directa de ADN de una clula bacteriana a otra%

En la a!ora de los casos esto iplica la trans"erencia de ADN pl5sido( aun+ue

con al*unos or*anisos tabin puede ocurrir la trans"erencia croosica% Al

i*ual +ue con otros odos de trans"erencia de *enes en bacterias( #a! una

trans"erencia unidireccional de ADN de uno de los padres &donante' a la otra

&receptor'%


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En el 5s siple de los casos( la con,u*acin se consi*ue en el laboratorio

ediante la e)cla de las dos cepas ,untos !( despus de un perodo de

incubacin para peritir la con,u*acin a ocurrir( placas la e)cla en un edio

+ue no perite +ue cual+uiera de los padres para crecer( pero en la +ue una

transcon,u*ante +ue contiene *enes de abos padres crecer5n% @or e,eplo( en

el experiento ilustrado en la "i*ura :%1( una cepa &el donante' lleva un pl5sido+ue con"iere resistencia a la apicilina( ientras +ue la se*unda cepa no tener un

pl5sido( pero tiene una utacin croosica +ue lo #ace resistente a 5cido

nalidxico%

Despus de incubar el cultivo ixto( una uestra se coloc en placas sobre un

edio +ue contiene abos antibiticos% Nin*uno de los padres puede crecer en

este edio( por lo +ue las colonias +ue se observan se deben a la trans"erencia de

una copia del pl5sido del donante a una clula receptora% Aun+ue este evento

puede ser u! poco "recuentes( la seleccin poderosa proporcionada por los dos

antibiticos si*ni"ica +ue podeos detectar "5cilente la trans"erencia de pl5sido

aun+ue slo sea( por e,eplo( 1 de cada 19: bene"iciarios #an recibido una copiade la isa% Con,u*acin se deuestra 5s "5cilente entre los iebros de la

"ailia Enterobacteriaceae ! otras bacterias Gra6ne*ativas &coo vibriones !

pseudoonas'%

arios *neros de bacterias Gra6positivas poseen sisteas de con,u*acin

ra)onableente bien caracteri)ados0 stos inclu!en especies de Strepto!ces

&+ue son coercialente iportantes coo los principales productores de

antibiticos'( los estreptococos l5ctico &+ue tabin son coercialente

iportantes debido a su aplicacin a diversos aspectos de la productos l5cteos de

la industria' ! bacterias de iportancia dica( tales coo Enterococcus "aecalis

&ver 5s adelante en este captulo'% El si*ni"icado 5s obvio de la con,u*acin es

+ue en perite la transisin de pl5sidos de una cepa a otra% @uesto +ue la

con,u*acin no se liita necesariaente a los iebros de la isa especie(

esto proporciona una ruta para la in"oracin *entica a "luir a travs de lites

taxonicos de anc#o% na consecuencia es +ue los pl5sidos +ue est5n

presentes en la "lora intestinal noral se pueden transitir a los pat*enos +ue

in"ectan( +ue lue*o se vuelven resistentes a una aplia *aa de di"erentes

antibiticos%

:%3%1 $ecaniso de con,u*acin

Foracin de acoplaiento de par

En la *ran a!ora de los casos( la aparicin de con,u*acin es dependiente de la

presencia( en la cepa donante( de un pl5sido +ue lleva los *enes re+ueridos

para proover la trans"erencia de ADN% En Esc#eric#ia coli ! otras bacterias

Gra6ne*ativas( la clula donante lleva apndices en la super"icie celular

conocido coo pili%


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Estos varan considerableente en su estructura2 @or e,eplo( el pilus

especi"icado por el pl5sido F es lar*o( del*ado ! "lexible( ientras +ue el pilus

R@ es corto( *rueso ! r*ido% El contacto de pili con los receptores en la super"icie

de la clula receptora( "orando as un par de acoplaiento &Fi*ura :%3'% El pili

entonces contrato para traer las clulas en contacto ntio( ! un canal o poro a

travs del cual se #ace el ADN pasa desde el donante al receptor% Curiosaente(este ecaniso tiene uc#o en con con un sistea de secrecin de protenas

&secrecin de tipo I2 vase el captulo 1' utili)ado por al*unas bacterias para

entre*ar toxinas proteicas directaente en las clulas #usped% $5s adelante en

este captulo vaos a ver otros ecanisos de con,u*acin +ue son iportantes

en bacterias Gra6positivas%

Trans"erencia de DNA

7a trans"erencia de ADN pl5sido del donante al receptor &Fi*ura :%4' se inicia por

una protena +ue #ace un descanso de una sola #ebra &nic' en un sitio espec"ico

en el ADN( conocido coo el ori*en de la trans"erencia &RIT'% na #elicasacodi"icada por pl5sidos se desenrolla el ADN pl5sido ! la #ebra ellada solo se

trans"iere al destinatario a partir de la B. FIN *enerada por el nic% Al iso

tiepo( la libre 4. "inal de la #ebra ellada se extiende a reepla)ar el ADN

trans"erido( por un proceso conocido coo replicacin de crculo rodante( +ue es

an5lo*o a la replicacin de los pl5sidos ! bacteri"a*os de cadena siple coo

se describe en los captulos ! B% 7a protena nicin* peranece unida al extreo

BH del ADN trans"erido% 7a sntesis de ADN en el receptor convierte la #ebra nica

trans"erida a una olcula de doble cadena% Ten*a en cuenta +ue este es un

proceso replicativo% As +ue( aun+ue nos re"erios a la trans"erencia del pl5sido

de una clula a otra( lo +ue realente +uieren decir es la trans"erencia de una

copia del pl5sido% 7a cepa donante todava tiene una copia del pl5sido( ! se

puede dis"rutar de 5s de apareaiento con otro destinatario% Tabin vale la

pena se


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bo' donde el nucleasa $ob #ace un nic en el ADN% Es no con,u*ativa por+ue no

lleva los *enes necesarios para la "oracin de acoplaiento de par% 7a presencia

de otro &con,u*acin' pl5sido perite al donante para "orar pare,as de

apareaiento con la clula receptora( ! lue*o ColE1 puede utili)ar su propia

a+uinaria para llevar a cabo la trans"erencia de ADN% Al*unos pl5sidos

ovili)ables no llevan un *en a"ia% $ovili)acin depende entonces de lacapacidad de la nucleasa $ob del pl5sido con,u*ativo de reconocer el sitio bo

en el pl5sido para ser ovili)ado% Esto slo "unciona si los dos pl5sidos est5n

estrec#aente relacionados% @or otra parte( el sitio bo es esencial para la

ovili)acin% Este es un "actor iportante en la odi"icacin *entica coo la

eliinacin del sitio bo partir de un vector pl5sido se ase*ura de +ue los

pl5sidos odi"icados no pueden trans"erirse a otras cepas bacterianas &vase el

captulo 8'%

En la a!ora de los casos( el ADN +ue se trans"iere desde el donante al receptor

consiste sipleente en una copia del pl5sido% Sin ebar*o( al*unos tipos de

pl5sidos tabin pueden proover la trans"erencia de ADN croosico% Elpriero de ellos en ser descubierto( ! el 5s conocido( es el pl5sido F &F para la

"ertilidad' de E% coli( pero existen sisteas siilares en otras especies(

especialente @seudoonas aeru*inosa% En al*unos casos( coo se describe a

continuacin( esto iplica la inte*racin del pl5sido con,u*ativo en el

croosoa donante &de odo +ue el croosoa es en e"ecto trans"eridos coo

parte del pl5sido'% Sin ebar*o( en uc#os casos la trans"erencia croosica

se produce sin nin*n tipo de asociacin estable con el pl5sido( posibleente

por un ecaniso an5lo*o a la ovili)acin de un pl5sido con,u*ativo no%

Cuando un pl5sido se trans"iere de una clula a otra por con,u*acin( el

pl5sido copleto se trans"iere% En contraste( la trans"erencia croosica noiplica una copia intacta copleta del croosoa% na ra)n para esto es el

tiepo re+uerido para la trans"erencia% El proceso es enos e"iciente +ue la

replicacin del ADN noral( ! la trans"erencia de todo el croosoa toara unos

199 inutos &en E% coli'% El par de acoplaiento u! raraente peranece ,untos

tanto tiepo% En contraste( un pl5sido de 9 b decir es e+uivalente a 1 de la

lon*itud del croosoa( por lo +ue uno esperara +ue la trans"erencia del

pl5sido +ue se copletar5 en 1 inuto% 7a trans"erencia incopleta de la ADN

croosico si*ni"ica +ue no constitu!e un replicn intacto en la clula receptora%

@ara este "ra*ento a ser replicado ! #ered debe recobinarse con el

croosoa del #usped( por lo *eneral la sustitucin de los *enes receptores

correspondientes en el proceso%

:%3%3 El pl5sido F

El pl5sido F "ue descubierto ori*inalente durante los intentos para deostrar el

intercabio *entico en E% coli por cultivo ixto de dos cepas auxotr"icas( de

anera +ue placas en edio nio solaente peritira recobinantes para

crecer% Se deostr u! pronto +ue los recobinantes se derivan de una de las


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cepas parentales( ! +ue una trans"erencia unidireccional de in"oracin "ue( por

tanto( participa( desde el donante &>#obre>' para el receptor &="eenino='% 7as

cepas donantes llevan el pl5sido F &F J'( ientras +ue los destinatarios son F6%

na caracterstica de este sistea +ue debe #aber parecido curioso en el

oento es +ue cocultivo de un F J ! F6 una cepa resultaron en ser las >u,eres>

convertida en >ac#os>( Esto es( por supuesto( debido a la transisin delpl5sido F en s( +ue se produce a una alta "recuencia( en contraste con la

trans"erencia de arcadores croosicos +ue es u! ine"iciente con un

donante F J%

Cepas /"r

7a utilidad de con,u*acin para el an5lisis *entico "ue enoreente re"or)ada

por el descubriiento de cepas donantes en el +ue la trans"erencia de ADN

croosico se produ,o uc#o 5s conente% Estos /"r &para alta "recuencia

de recobinacin' cepas sur*en por la inte*racin del pl5sido F en el

croosoa bacteriano% na caracterstica adicional de una cepa /"r es +ue latrans"erencia croosica se inicia desde un punto de"inido ! procede en una

direccin espec"ica% El ori*en de la trans"erencia se deterina por el sitio de

insercin del pl5sido F ! la direccin se ri*e por la orientacin del pl5sido

insertado%

Esto puede de,arlo claro reeti+uetado la olcula circular en la "i*ura :%4 coo

ADN croosico +ue contiene un pl5sido inte*rado F% 7a trans"erencia se

inicia por lo tanto desde el sitio oriT en el pl5sido inte*rado pero a#ora da coo

resultado la trans"erencia de una copia del croosoa bacteriano en lu*ar de slo

el pl5sido% n donante F J( en contraste( las trans"erencias *enes de una

anera 5s o enos aleatoria( !a +ue la trans"erencia no se inicia desde unpunto de"inido en el croosoa% 7a cobinacin de la trans"erencia parcial de

ADN croosico con la trans"erencia ordenada de *enes #i)o con,u*acin una

#erraienta iportante en la carto*ra"a de los croosoas bacterianos &vase el

Captulo 19'%

Inte*racin ! escisin de F2 "oracin de F. pl5sidos

Inte*racin del pl5sido F se produce por recobinacin entre una secuencia en

el pl5sido ! un sitio croosico% Despus de la inte*racin( el pl5sido F se

encuentra en una "ora lineal en el sitio de inte*racin% 7a inte*racin es

reversible( !a +ue la recobinacin entre los sitios en los extreos de la pl5sidointe*rado conducir5 a su escisin a partir del croosoa coo una olcula

circular independiente% Sin ebar*o( es posible +ue esta escisin se produ)ca de

anera inexacta2 es decir( la recobinacin se produce en un sitio di"erente% Si

esto sucede( el pl5sido resultante se #abr5 incorporado una pe+ue


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lac( donde el opern lac se #a incorporado en el pl5sido ! ser5 trans"erido con la

pl5sido a una cepa receptora( peritiendo as +ue para "erentar la lactosa%

Este es un ecaniso donde por un pl5sido puede ad+uirir *enes adicionales a

partir de un croosoa bacteriano ! trans"erirlos a otra cepa o especie% -F.

pl5sidos se pueden utili)ar para crear diploides parciales2 es decir( las cepas con

una copia de un *en espec"ico en el pl5sido ade5s de la copia croosica%El uso de diploides parciales para el estudio de la re*ulacin del opern lac se

describe en el Captulo 4( especialente en la distincin de los *enes re*uladores

+ue actan en trans &es decir( +ue in"lu!en en la expresin de un *en en una

olcula di"erente' de las +ue slo a"ectan a la *enes a los +ue est5n unidos%

Tales experientos si*uen siendo pertinentes( sino +ue a#ora utili)an pl5sidos

recobinantes producidos in vitro%

:%3%4 Con,u*acin en otras bacterias

7a descripcin anterior de la con,u*acin se aplica principalente a bacterias

Gra6ne*ativas tales coo E% coli ! @seudoonas% $uc#as especies Gra6positivas( +ue van desde Strepto!ces a Enterococcus( tabin poseen

pl5sidos +ue son transisibles por con,u*acin( ! en uc#os casos el

ecaniso de la trans"erencia de ADN es bastante siilar a la descrita

anteriorente% Sin ebar*o( #a! di"erencias sustanciales en los de5s aspectos%

En *eneral( el nero de *enes necesarios para la trans"erencia por con,u*acin(

en al*unos casos tan slo cinco *enes( es uc#o enor +ue en las bacterias

Gra6ne*ativas( en donde se necesitan 39 o 5s *enes% @l5sidos con,u*ativos

en bacterias Gra6positivas( por tanto( pueden ser considerableente 5s

pe+ue


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la "oracin de un a*re*ado de apareaiento con las clulas donantes !

receptores unidos% El pl5sido de trans"erencia a continuacin( se produce( por un

ecaniso siilar al descrito anteriorente% Despus de la trans"erencia( 5s

eventos se producen en el transcon,u*ante &la clula receptora +ue #a recibido el

pl5sido' +ue in#iben la accin adicional de esta "eroona( por lo +ue esta clula

!a no actuar coo un destinatario para pAD1% Sin ebar*o( continuar5 paraproducir otros "eroonas +ue son espec"icos para di"erentes pl5sidos( +ue

codi"ican di"erentes protenas receptoras%

na venta,a de este sistea es +ue las clulas +ue contienen el pl5sido no

expresan los *enes necesarios para la trans"erencia de pl5sido a enos +ue

exista un receptor adecuado en las proxiidades% Esto no slo reducir la car*a

etablica en la clula( pero tabin si*ni"ica +ue no est5n expresando ant*enos

de super"icie &tales coo pili con,u*ativo' +ue podran ser reconocidos por el

sistea inune del #usped%

Transposones con,u*ativosE% "aecalis tabin proporciona un e,eplo de una excepcin a la re*la *eneral de

+ue la con,u*acin es ediada por pl5sidos% Al*unas cepas de E% "aecalis

contienen un transposn conocido coo Tn;1:% Nosotros cubrireos

transposones de anera 5s *eneral en el captulo K( pero por el oento todo

lo +ue necesitaos saber es +ue son eleentos *enticos viles +ue son

capaces de overse de un sitio a otro ADN% 7o +ue di"erencia Tn;1: aparte de

otros transposones es su capacidad para trans"erir de una clula a otra por

con,u*acin% Transposones con,u*ativos tales coo Tn;1: di"ieren de pl5sidos

en los +ue se replican ! #ereda coo parte del croosoa% No #a! "ora

independiente replicar estable( !a +ue es con un pl5sido% Sin ebar*o( unainspeccin 5s detallada del todo de trans"erencia &Fi*ura :%B' uestra +ue

#a! una *ran cantidad de siilitud con pl5sido de trans"erencia% En particular(

Tn;1: contiene un ori*en de trans"erencia &oriT' +ue es bastante siilar a la

encontrada en uc#os pl5sidos% El prier paso en la trans"erencia es la escisin

del transposn del croosoa( utili)ando en)ias transposn codi"icada &Int !

Lis' +ue est5n relacionados con los responsables de la inte*racin ! la escisin de

M bacteri"a*o &vase el captulo '% Esto produce una olcula circular +ue se

asee,a a un pl5sido en todas enos una caracterstica vital0 no tiene un ori*en

de replicacin por lo +ue es incapa) de ser copiados en la "ora noral% Sin

ebar*o( !a +ue tiene un sitio de oriT( ! lleva los *enes tra necesarios para la

trans"erencia con!u*al( +ue puede ser trans"erido a una clula receptora% Al i*ual

+ue con los sisteas de pl5sido de trans"erencia descrito anteriorente( la

trans"erencia de Tn;1: iplica la sntesis de ADN de una sola #ebra( iniciando en

oriT( ! la trans"erencia de la cadena despla)ada al destinatario% 7a #ebra nica

entonces trans"erido se circulari)( ! convertido a una "ora circular de doble

cadena( +ue se inserta( al a)ar( en el croosoa receptor por la accin de la

inte*rasa%


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na caracterstica adicional de Tn;1: vale la pena considerar% Si la trans"erencia

se produ,o sin la extirpacin del croosoa( +ue se puede esperar para ver la

ovili)acin de los croosoas( con la trans"erencia incopleta del transposn%

Trans"erencia coen)ara desde oriT ! tendra +ue traba,ar la vuelta al

croosoa antes de lle*ar al resto del transposn% Esto no parece suceder% 7a

ra)n es +ue el prootor para la expresin de los *enes tra se encuentra #acia elextreo i)+uierdo del transposn &en la "i*ura :%B'( ! se en"renta le,os de los

*enes tra% En la "ora lineal inte*rado( los *enes tra no se expresar5% Sin

ebar*o( cuando el transposn se escinde del croosoa ! circulari)( esto trae

el prootor en la posicin correcta ! la orientacin para la transcripcin de los

*enes tra% @or lo tanto( se expresar5n a partir del interedio circular( pero no de la

"ora inte*rada% Esto ase*ura +ue el sistea de trans"erencia slo se activar5

despus de #aberse producido la escisin% Tn;1: es el prototipo de una "ailia de

transposones con,u*ativos relacionados +ue son especialente extendido en

cocos Gra6positivos( aun+ue los eleentos relacionados tabin se producen

en bacterias Gra ne*ativas &por e,eplo ?acteroides'% @ara uc#os de estoseleentos( inclu!endo Tn;1:( transisin con,u*ativo es proiscuo en +ue

pueden trans"erir a otras especies o *neros% @odeos suponer( pues( +ue los

transposones con,u*ativos #an ,u*ado un papel iportante en la di"usin de

aterial *entico( incluidos los *enes de resistencia a antibiticos( en todo el reino

bacteriano% En particular uc#os de estos transposones( inclu!endo Tn;1:( llevan

un *en de resistencia a tetraciclina &tet$' +ue se encuentran en una aplia *aa

de especies de bacterias( lo +ue su*iere +ue #an desepe


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al*unos casos( el ADN transducido es un pl5sido bacteriano( en cu!o caso la

olcula de ADN in!ectado es capa) de ser replicado ! #eredada% $5s

conente el ADN incorporado en la partcula de transduccin es un "ra*ento

de ADN croosico( +ue ser5 incapa) de replicarse en la clula receptora% @ara

+ue sea replicado ! #ered debe ser incorporado en el croosoa receptor &por

recobinacin #olo*a'( coo es el caso con otros ecanisos detrans"erencia de *enes%

Este proceso se conoce coo la transduccin *enerali)ada &en oposicin a la

transduccin especiali)ada2 vase 5s adelante'( !a +ue esencialente cual+uier

*en tiene la isa oportunidad de ser transducidas%

:%4%1 transduccin especiali)ada

Coo se describe en el captulo ( al*unos "a*os &"a*os tepladas' son capaces

de establecer un estado conocido coo liso*enia( en el +ue la expresin de los

*enes de "a*os( ! la replicacin del "a*o( se reprie% En uc#os casos el pro"a*o

se inserta en el ADN bacteriano ! se replica coo parte del croosoa% Cuandoliso*enia se rope ! el "a*o entra en el ciclo ltico( se escindi del croosoa por

recobinacin entre secuencias en cada extreo del pro"a*o inte*rado% Si este

evento de recobinacin ocurre en el lu*ar e+uivocado( una re*in ad!acente del

ADN bacteriano se incorpora en el ADN del "a*o% Toda la pro*enie de este "a*o

contendr5 entonces este *en bacteriano( por lo tanto( +ue se transduce a una

"recuencia u! alta &e"ectivaente 199 por partcula de "a*o' una ve) +ue el

"a*o de transduccin #a sido aislado%

Dado +ue el ADN trans"erido se liita a una re*in u! pe+ue


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na caracterstica con de la trans"erencia de *enes entre las bacterias( a

excepcin de la trans"erencia de eleentos +ue pueden replicarse de anera

independiente( es el re+uisito para la pie)a trans"erido de ADN +ue se inserta en el

croosoa receptor ropiendo abas olculas de ADN( cru)ando una ! unirse

a ellos%

Este proceso( conocido coo recobinacin( se describe en el Captulo 3% /a!

varias "oras di"erentes de la recobinacin( pero en este contexto +ue son

espec"icaente de los ecanisos +ue re+uieren la presencia de re*iones

#olo*as de ADN( +ue deben ser u! siilares( pero no tienen +ue ser

idnticos% @or lo tanto( se conoce coo recobinacin #olo*a%

:%%1 Consecuencias de la recobinacin

@ara la recobinacin entre un "ra*ento de ADN lineal &introducido por

trans"oracin( transduccin o con,u*acin' ! el croosoa receptor( es

necesario para dos rotura ! volver a unir los eventos +ue se produ)ca &vase la

Fi*ura :%K' de anera +ue una porcin del "ra*ento lineal se inte*rar5 en elcroosoa circular( la sustitucin de la re*in correspondiente del croosoa%

Esto se conoce coo un doble cruce% @or otro lado( si abas olculas

participantes son circulares &por e,eplo( dos pl5sidos( o un pl5sido ! el

croosoa'( a continuacin( un nico evento de recobinacin ser5 su"iciente

&vase la Fi*ura :%8'( produciendo una "usin de los dos crculos ori*inales% Esto

puede ser un evento reversible% 7a recobinacin entre los dos extreos del

pl5sido insertados dar5 lu*ar a la escisin del pl5sido( coo se discuti

anteriorente en relacin con la inte*racin del pl5sido F( ! tabin la

inte*racin ! escisin de "a*o M &Captulo '%

En esta discusin se #a supuesto +ue dos olculas di"erentes estaban

involucrados( es decir( est5baos considerando la recobinacin interolecular%

-u pasa si las dos re*iones #olo*as est5n en la isa olcula( es decir( la

recobinacin es intraolecular Esto suceder5 si teneos dos copias de un

eleento repetitivo( coo una secuencia de insercin &IS2 vase el captulo K'% 7as

consecuencias depender5n de la orientacin relativa de las dos secuencias

#olo*as% Coo podeos ver en la "i*ura :%;a( si las re*iones #olo*as est5n

en la isa orientacin &repeticiones directas'( la recobinacin entre ellos dar5

lu*ar a la separacin en dos olculas circulares separados% &@ara entender esto(

tra)a el curso del ADN en "ora interedia( donde se cobinan las dos re*iones(

a partir del punto A ! el cabio #ebras cuando se lle*a a la re*in epare,ado% Acontinuacin se pierda ? ! C( ! ir directaente a D ! de nuevo a A%' En *eneral(

una de estas olculas circulares no contendr5n un ori*en de replicacin( ! as se

perder5% @or consi*uiente( la consecuencia es una delecin de esa porcin del

ADN ori*inal%

@or otro lado( si las re*iones #olo*as est5n en orientaciones opuestas

&repeticiones invertidas'( coo en la "i*ura :%;b( cables de recobinacin( no a la


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separacin de dos olculas( pero para la inversin de la re*in entre las

repeticiones invertidas% 7a olcula circular se antiene intacta% 7a presencia de

eleentos repetitivos puede causar deleciones o inversiones de re*iones

croosicas de esta anera( ade5s de ser una causa de reordenaientos de

pl5sidos coo se describe en el captulo B% @or e,eplo( si el croosoa

contiene dos copias de una secuencia de insercin( en la isa orientacin !bastante cerca ,untos( entonces la recobinacin entre los dos es eleentos dar5

lu*ar a la supresin de la re*in del croosoa entre ellos% Esto puede ser una

causa si*ni"icativa de la variacin entre las cepas bacterianas( coo en

$!cobacteriu tuberculosis( donde *ran parte de la variacin de la cepa sur*e de

deleciones debido a la recobinacin entre secuencias de insercin%

:%%3 sitio espec"ico ! la recobinacin no #olo*a &ile*tia'

7a recobinacin entre olculas de ADN puede ocurrir en otras "oras( +ue no

son dependientes de la presencia de extensas re*iones de #oolo*a ni en la

accin de RECCA% 7os e,eplos de stos( tratan en este libro otros lu*ares(inclu!en la inte*racin de ADN del bacteri"a*o lada( en el croosoa( +ue

iplica una recobinacin espec"ica de sitio entre una secuencia de"inida en el

ADN del "a*o ! un sitio croosico espec"ico &Captulo '( ! el transposicin de

eleentos viles &secuencias de insercin ! transposones' coo se describe en

el captulo K%

:%B Genes osaico ! plasticidad croosica%

7a trans"erencia de *enes ! la recobinacin no se liitan a *enes enteros( pero

tabin pueden iplicar partes de *enes% Si el se*ento de *en trans"erido

proviene de una especie di"erente( esto se traducir5 en un *en osaico en el +ue

un se*ento es radicalente di"erente de la +ue noralente se ve &ver Fi*ura

:%19'% n e,eplo( encontrada anteriorente en este captulo( es el desarrollo de

la resistencia a la penicilina en Str% pneuoniae% El exaen de los *enes @?@

&+ue codi"ican las protenas penicillinbindin*( +ue son el ob,etivo de la accin

penicilina' en cepas penicillinresistant uestra +ue al*unas re*iones son

sustancialente di"erentes de las secuencias correspondientes en las cepas

sensibles a la penicilina% 7as di"erencias son deasiado *randes para ser

explicada por la utacin siple%

Sin ebar*o( estas re*iones son u! siilares a las secuencias correspondientes

en los estreptococos naturalente resistentes +ue se encuentran en la boca( talescoo Streptococcus itis% A partir de esto( se in"iere +ue las partes de los *enes

@?@ #an sido sustituidos por el ADN de estas otras especies% 7a "acilidad con la

+ue una parte de un *en puede ser sustituida por otra pie)a de ADN se re"iere a la

estructura de la protena correspondiente% $uc#as protenas se plie*an en varias

estructuras relativaente independientes conocidos coo doinios( +ue est5n

conectados por bucles "lexibles &vase la "i*ura :%19( ! el Captulo 1'% Cada

doinio tiene su propia "uncin en la actividad de la en)ia% As( por e,eplo( una


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en)ia "os"orilante &+uinasa' puede tener un doinio +ue se une AT@ ! un

se*undo doinio +ue se une al sustrato espec"ico% @or lo tanto( es posible

e)clar ! cobinar los *enes en cuestin sin alterar la estructura *lobal de la

en)ia resultante% Esto se re"iere a veces coo doinio revolver% A#ora podeos

re"inar nuestro concepto *eneral de la variacin en las bacterias ! la estructura del

*enoa bacteriano%

7a vista sencilla 6 +ue las bacterias &coo los or*anisos +ue se reproducen

asexualente' experientan variacin eraente a travs de la ad+uisicin

*radual de utaciones 6 es claraente insu"iciente% Trans"erencia #ori)ontal de

*enes es oneda corriente &en la a!ora de las especies'( ! no slo entre las

cepas de la isa especie( pero entre las especies ! *neros2 a veces a travs

de "ronteras taxonicas bastante anc#o% Tcnicaente( nos re"erios a una

especie +ue vara slo por utacin( sin trans"erencia #ori)ontal de *enes( coo

clonal% Todos los iebros de un clon descienden de un solo individuo( por lo +ue

aun+ue #abr5 al*una variacin *radual( el exaen de una sola caracterstica

&coo el serotipo' dar5 una prediccin ra)onable de otras caractersticas de losiebros de ese clon% Trans"erencia #ori)ontal de *enes se rope esta relacin(

de odo +ue dos cepas pueden ser idnticos en uc#os aspectos( pero

radicalente di"erente en otros% olvereos a este concepto 5s adelante(

cuando se considera el uso de tcnicas oleculares para la tipi"icacin de

bacterias &captulo ;'%

$5s adelante en el libro &Captulo 19' tabin estareos considerando el an5lisis

de la estructura del *enoa bacteriano% Genica coparativo uestra +ue en

al*unas especies( ade5s de la variacin a travs de la utacin ! ediante la

ad+uisicin de ADN de otras especies( #a #abido un considerable reordenaiento

del *enoa% Re*iones de ADN( llevando un nero de *enes( se encuentran en

di"erentes ubicaciones enteraente en di"erentes cepas( o en especies

estrec#aente relacionadas% Estos reordenaientos del *enoa( a travs de la

recobinacin &posibleente ediada por la accin de eleentos de

transposicin( coo vereos en el si*uiente captulo'( proporciona evidencia de la

plasticidad del *enoa +ue contribu!e en *ran edida no slo a la variacin +ue

existe entre las bacterias( sino tabin a la eocin de investi*arlo%

Bases Moleculares de La Resistencia Antimicrobiana

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