GENETICA BACTERIANA
PROCARIOTAS
Fáciles y rápidos de crecer
Rápida expansión clonal
PROCARIOTAS
PROCARIOTAS
PROCARIOTAS
Genética mas simple que eucariotas
Genomas haploides compactos.
La información genética puede encontrarse en el genoma o plásmidos
No hay intrones
No hay poliadenilación de mensajeros
Muchas genes que pertenecen a una misma vía están organizados enoperones
Gran plasticidad para “mover” y/o adquirir material genético
ALGUNOS TERMINOS
Genotipo
Fenotipo
Resistencia antibiótica
Mutante
Clon
Auxótrofa
UN POCO DE HISTORIA…….
EXPERIMENTO DE LURIA-DELBRUCK
Origen de las mutaciones: previo a la adición del agenteinactivante o posterior a el (adaptativa)?
PLASMIDOS
Unidades genéticas autónomas que se encuentran presentesen casi todas las bacterias
Escenciales en la capacidad adaptativa o evolutiva de lasbacterias
PLASMIDOS
Replicación Theta: primer de ARN (Uni oBidireccional)
Círculo rodante: Nick en el ADN quefunciona como primer
EN TODOS LOS CASOS LA REPLICACION SEINICIA EN EL ORI (ORIGEN DE REPLICACION)
PLASMIDOS: replicación
PLASMIDOS
Propiedades: Rango de huésped
Número de copias
Capacidad de movilización
Rango de huésped Amplio
Acotado
PLASMIDOS
Número de copias: es el número de unidades deplásmido por célula
Altamente regulado Regulación por ARN antisentido
Regulación por ARN antisentidoy proteína
Regulación por iterones
PLASMIDOS
Regulación por ARN antisentido
RNAII: inicia la síntesisdel ADN
RNAI: es complemenarioa RNAII
Duplex RNAI-RNAII esdegradado
PLASMIDOSRegulación por ARN antisentido y proteína
CopB: reprime a PrebA. Ocurreinicialmente luego de lo cual RepA
se sintetiza desde el transcriptocopB-repA
RepA: proteína de replicación
CopA: ARN antisentido que afectala estabilidad del transcripto
copA-repA
RNAseIII cliva el duplex copA-repA
Incompatibilidad de plásmidos
Dos plásmidos pertenecen al mismo grupo de incompatibilidad (Inc)cuando uno interfiere con la replicación o la partición del otro
Si coexiste Diferentes grupos de incompatibilidad
Si no puedencoexistir
Mismo grupo de incompatibilidad
Incompatibilidad de plásmidos
Diferente grupo Inc
Mismo grupo Inc
INTRODUCCION DE MATERIAL GENETICO ENBACTERIAS
CONJUGACION
TRANSFORMACION
TRANSDUCCION
CONJUGACION
Capacidad para intercambiar material genético(en general plásmidos) entre bacterias
SEXO
DADOR Y ACEPTOR
TRANSCONJUGANTE
CONJUGACION
Pilus: producido porel dador
CONJUGACION
Plásmidos Movilizables: no codifican todas lasfunciones
Transmisibles per ser: codificanpara todas las funciones
CONJUGACION
oriT: origen detransferencia
Región de clivajedel ADN
El ADN que setransfiere es simple
cadena
CONJUGACION
citoplasma
Espacio extracelular
} pilus: polímero de lapilina que estacodificada en un únicogen
CONJUGACION
Genes de transferencia: encargados del transporte de ADN
Helicasas
Primasas
Endonucleasas} Encargadas de cortar,
desenrrollar y transportar elADN
CONJUGACION
Plásmidos transferibles: codifican para la sintesis del pilus y detodas las proteínas necesarias para la transferencia
Plásmidos movilizables: no codifican para la sintesis del pilus y porlo tanto deben usar el pilus sintetizado por otro plásmido. Enprincipio solo necesitan el oriT. Naturalemente no existen plásmidosque solo contengan el oriT, los plasmidos movilizables contienen losgenes mob encargados de la transferencia y similares a los genes tra
CONJUGACION
Plásmido F: transferible
Capaz de integrarse alcromosoma por
recombinación homólogaen las regiones IS
Que ocurre si un plásmido F integrado al cromosomaintenta transferirse?
CEPA Hfr
Cepas Hfr
Movilizan el cromosoma
Si no hayrecombinación la
informacióngenética no se
hereda
UTILIZACION DE CEPAS HFR EN LA DETERMINACIONDEL MAPA DEL GENOMA DE E. COLI
Conjugación de:
Hfr a+ b+ c+ d+ e+ Strs
X
F- a- b- c- d- e- Strr
Producto de conjugación(Se corta la conjugacion a distintos tiemposPor agitación)
Plaqueo en medio con estreptomicinay todos los aa menos:
a b c d e
CONJUGACION
Biparental: en la misma intervienen dos cepas
Que ocurre si, ni la cepa dadora del plásmido ni el plásmido,poseen las funciones tra?
Triparental: en la misma intervienen tres cepas
CONJUGACION TRIPARENTAL
Una cepa actúa como“helper” o ayudante
TRANSFORMACION
Proceso por el cual el ADN libre se incorpora en una célulareceptora y lleva a cabo un cambio genético heredable
Para ello las bacterias deben ser competentes
Naturalmente transformable: bacterias naturalmentecompetentes capaces de tomar ADN del ambiente (Bacillus
subtilis, Haemophilus influenza, Streptococcus pneumoniae)
En el proceso de transformación natural intervienen proteínas demembrana que asocian ADN, autolisinas de pared celular y
nucleasas
TRANSFORMACION
Experimento de Griffith: descubrimiento de la transformación
Presencia de la cápsula para patogenicidad: R vs S
TRANSFORMACION
Si la bacteria no es naturalmente competente se puede inducirel estado de competencia
Competencia por cloruro de calcio o electrocompetencia porejemplo
Herramientas de la biología molecular
Eficiencia de = número de coloniasTransformación µg ADN
Transformación conplásmidos
Replicativo
No replicativo (suicida) RecombinaciónComplementación
Mutación
Complementación
TRANSFORMACION
Aunque el evento sea debaja eficiencia la selección
es muy poderosa(antibióticos)
BACTERIOFAGOS
Virus de bacterias(especie específicos)
Parásitos que explotan lamaquinaria replicativa del
huésped
Placas de lisis
BACTERIOFAGOSVienen en muchos colores y tamaños
BACTERIOFAGO T4
Ciclo de vida: lítico vs lisogénico
lítico lisogénico
Equilibrio que se altera porfactores ambientales
Determinado por lacompetencia entre el
activador CII y la proteína Cro
CII CI (represorde Cro)
Activa
CroActiva Genes
cascada lítica
Ciclo de multiplicación
Genes tempranos:sintetizados por la ARN pol
bacteriana (ARNpolimerasa, primasas,
ligasas y helicasas)
Acumulación de genomasdel fago
Genes tardíos: proteínasestructurales del fago
Empaquetamiento delgenoma, ensamble del fago
y lisis
Transducción
Movimiento de material genético através de un fago
Transducción generalizada: se transfiere cualquier región delcromosoma
Transducción especializada: se transfieren las regiones cercanas alsitio de integración en los fagos lisogénicos
Transducción generalizada
Una baja proporción de losfagos “se llevan” información
de la bacteria
SELECCION
Transducción especializada
Profagos lisogénicos
Transducción especializada
Utilización de fagos en estudios de genética bacteriana
Resistencia a Km
Cepa no motil
Avirulenta
Cepa motil
Virulenta
Estudio sobre la función de un determinadogen en virulencia
Obtenida en unestudio sobremetabolismo
Cepa utilizadaen estudios de
virulencia
Como se hace en el laboratorio?
Cepa A: dadora
Cepa B: receptora
infección conel fago centrífuga
A
B
Infección delcultivo aceptor
Plaqueo enmedio conkanamicina
Aislamientode la mutante
Regulación de la expresión génica
COMO Y BAJO QUE CONDICIONES LOS GENES SEEXPRESAN O NO
Regulación transcripcional
Regulación post-transcripcional
Bacterias: sistemas simples que han servido de marco para elestudio de regulación en eucariotas superiores
A nivel del inicio de latranscripción
Estabilidad del mensajero oregulación de la traducción
Estructura canónica de un promotor bacteriano
Sitio de union aribosoma o shine-
dalgarno
Factores sigma
Son factores de iniciación de la transcripción de procariotas
Le aportan la especificidad de promotor a la ARN polimerasa
Los diferentes factores sigma se activan en respuesta adiferentes condiciones ambientales
Factores sigma
Escherichia coli σ70: housekeeping
σ54: limitación de nitrógeno
σ38: fase estacionaria
σ32: heat shock
σ28: sistema flagelar
σ24: extracitoplasmática, temperaturas extremas
σ19: transporte de hierro
Operon
Genes de una misma vía metabólica que se encuentran en unmismo policistrón
Regulación positiva y negativa
Regulación positiva y negativa
Operón catabólico: degradación de componentes
Operón anabólico: síntesis de compuestos escenciales
Operón lactosa
Jacob y Monod (1950): estudio sobre la utilización delactosa por Escherichia coli
Curva de crecimiento conglucosa y lactosa
Regulación negativa
glucosa lactosa
Jerarquía deutilización
Operón lactosa
lacZ: β-galactosidase
lacY: permease
lacA: acetylase
lacI: represor
Represión catabólica
AMPc: AMP cíclico esuna señal de “hambre”
En presencia de glucosael operón está
“apagado”
Operón biosintético
Regulación negativa
Operón triptofano
Otros niveles de regulación Autoregulación del represor
Atenuación
Autoregulación negativa del represor
El represor TrpR regula negativamante la expresión de supropio transcripto
Mayor velocidad de represión cuando aparece eltriptofano
Atenuación
Mutantes en trpR aún regulan la transcripcióndel operón en respuesta a triptofano
Nivel extra de regulación
Atenuación
Operón arabinosa
Operón de degradación de la arabinosa
Regulación positiva por un activador
Arabinosa Xilulosa-5-fosfato
Activador
AraC
Operón arabinosa
AraC funciona como un activador y un anti-activadordependiendo si tiene arabinosa unida o no
P1
AraC
P2
AraCAraC AraC
arabinosa
Anti-activador Activador
Operón arabinosa
El sistema le otorga un alto nivel de regulación. Haymuy baja expresión basal
Posee, al igual que el operón lac, represión catabólica.La ausencia de glucosa potencia la expresión
Operón galactosa
Operón que se reprime en ausencia de galactosa
En presencia de galactosa se desreprime el operón
Las zonas regulatorias se encuentran duplicadas
Otros operones
Operón maltosa: adquisicion de maltodextrinas y maltosa y suutilización
Operón histidina: síntesis de histidina
Operón tol: degradación de compuestos hidrocarbonadoscíclicos
Riboswitches
Mecanismo de regulación de la expresión génicaevolutivamente ancestral
Utiliza la estructura secundaria del ARN
Mecanismo post-transcripcional
Riboswitches
Dos tipos De terminación de la transcripción
De inicio de la traducción
Existen diferentes y muy variados tipos de riboswitches
Como hace una bacteria para responder a una señalambiental?
Señal ambiental
bacteria
Respuesta adaptativa
Falta de nutrientes
Cambios de temperatura
Presencia de un posible huésped{
Sistemas de dos componentes
Componente de detección: proteína de membrana que detectael estímulo y fosforila al componente de respuesta
Componente de respuesta: proteína citoplamática que activa oreprime la actividad transcripcional de los genes de respuesta
Sistemas ampliamente distribuidos en bacteriasque median la respuesta transcripcional a factores
o cambios ambientales
Sistemas de dos componentes