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3. ESTRUCTURA, PROPIEDADES Y FUNCIÓN DE LOS
ÁCIDOS NUCLEÍCOS
TRANSFERENCIA DE MATERIAL GENÉTICO I: CONJUGACIÓN
Células Eucariota y Procariota
ACIDOS DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN): ESTRUCTURA
DNA genómico
• Forma el nucleoíde.
• Es circular.
• Tiene entre 4000 a 5500 genes.
• Tiene un origen de replicación.
DNA plasmidíco
• Es DNA extracromosómico
• Circular
• Varían de tamaño
• Su replicación es independiente
del DNA genómico
• Un origen de replicación único o
múltiple.
• Una bacteria puede tener varios
plásmidos diferentes.
• Le confieren características
específicas como: resistencia,
patogenecidad y prototrofía.
Clasificación de los plásmidos:
1.- Factores sexuales: autotransferibles, codifican para producción de pili sexuales.
(Portadoras F+, no portadoras F_).
2.- Factores de resistencia o Factores R: Codifican la resistencia a antibioticos.
Formados por dos componentes denominados “factor de transferencia de la
resistencia” (FTR) y determinantes “r”, genes responsables de la destrucción de los
antibióticos.
3.- Plásmidos determinantes de patogenecidad: Portan genes que codifican la
roducción de sustancias nocivas para el huesped.
Plásmidos “Ent”: síntesis de enterotoxinas (E. coli, V cholerae)
Plásmidos “Inv”: invasión en células epiteliales (Shigella sp.)
Plásmidos “Hly”: alfa-hemolisinas (S. Pneumoniae)
4.- Factores Col: Producción de sustancias antibacterianas similares a los
antibióticos (bacteriocinas); colinas (E. coli) piocinas (P. aeruginosa), marcescinas (S.
marcescens).
5.- Plásmidos degradantes : Codifican enzimas que las bacterias usan para degradar
sustancias como tolueno, alcanfor, salicilatos, cromo, etc. Bacterias del suelo.
Mutaciones
Cambios espontáneos, irreversibles y heredables que no dependen
de la incorporación de material genético.
Las mutaciones se pueden traducir en diferentes tipos:
1.- Morfológicas: cambios en la pared, cápsula, flagelo, etc.
2.- Bioquímicas: Incapacidad de sintetizar algún metabolito
produciendo cambios metabólicos.
3.- Patogénicas: cambios en la virulencia bacteriana.
4.- Mutantes letales condicionales:
condiciones ambientales.
sensibilidad
a
ciertas
MUTANTES BACTERIANAS
Genética bacteriana
Descripción de los distintos tipos de mutaciones en
bacterias.
Mutantes
Descripción*
Genética
bacteriana
Naturaleza*del*cambio*
Detección*del*mutante*
Mutantes
Descripción*
Naturaleza*del*cambio*
Detección*del*mutante*
Medio mínimo: Medio básico para el
crecimiento bacteriano sin nutrientes
adicionales.
Nomenclatura usada para los
diferentes tipos de mutaciones.
Protótrofo: Un microorganismo silvestre que precisa de un medio
mínimo con los nutrientes necesarios (agua, iones y fuente de
carbono) para sintetiza automáticamente las macromoléculas
esenciales.
Auxótrofo: Microorganismo mutado que carece de la capacidad
para sintetizar un nutriente esencial, y por ello debe obtenerlo (o
a su precursor) del ambiente. Son incapaces de crecer en un
medio mínimo.
Resistencia o suceptibilidad a antibióticos
Variabilidad genética
Recombinanción
TRANSFERENCIA DE MATERIAL GENÉTICO
Tra
informa
un cro
• Transferencia de información genética de una bacteria a otra bacteria.
• Se consideran mecanismos de transferencia horizontal de información
genética.
CONJUGACIÓN BACTERIANA
Es el proceso de transferencia de información genética
desde una célula donadora a otra receptora, promovido
por determinados tipos de plásmidos, que requiere el
contacto entre ambas células.
Los beneficios de la transferencia del material genético
al receptor pueden incluir resistencia antibiótica,
tolerancia xenobiótica o la capacidad de usar nuevos
metabolitos.
CONJUGACIÓN BACTERIANA
Para la conjugación se requiere del contacto directo entre ambas células, con
intervención de estructuras superficiales especializadas y de funciones específicas:
• Pili sexuales en Gram negativas (E. coli).
• Contacto íntimo en Gram positivas (B. Subtilis).
CONJUGACIÓN BACTERIANA: Plásmido F en E. coli
Omp A
tra A= contacto
Genes tra
tra D = transferencia
de material genético
n
a
Genes tra, contienen la información para la conjugación, ≅ 25 genes,
Descubrimiento
del fenómeno
de conjugación
Descubrimiento
de la conjugación
Joshua Lederberg y Edward Tatum, 1946, E. coli
+thi++
- -bio
- thr
met
thr +leu
met- bio
leu
+
+ thr -leu -thi met
+ bio
+ thr - leu
metbio
+
thi +
-
thi -
Mezclaron dos cepas
doblemente auxótrofas.
Crecimiento con una frecuencia de 1/107
• No había recombinantes sometiendo las células a extractos libres de células.
• Al añadir Dnasa no se modificaban los resultados.
• Se observó que necesitaban contacto directo entre las células de las dos
cepas.
Bernard Davis
Las células tienen que estar en
contacto para modificarse
William Hayes, 1953
No hubo modificación genética
Si se impide el contacto físico de las cepas con un filtro de menor
tamaño que la célula no hay recombinación.
Factor de fertilidad F
Existen dos tipos de cepas en la producción de recombinantes:
Cepas fértiles (F+): aquellas que al mezclarlas con otras, daban lugar a recombinantes.
Factor F es una unidad genética
Cepas infértiles (F-)
Factor F
móvil y autónoma codifica genes
de contacto y transferencia. Se
han identificado alrededor de 60
genes que lo integran.
F+
Replicación asimétrica por círculo rodante
F+
+ x F- dan origen a recombinantes.
Los¿Es
cruces
de
F
el plásmido F el responsable de fenotipo
- x F- no dan origen a recombinantes.
LosWT
cruces
de
F
después de la Conjugación?
Unidad genética autónoma y móvil, que codifica a los genes de contacto y transferencia.
Casi la totalidad de células F- adquirían la capacidad de fertilidad al final de la
conjugación.
Sin embargo las recombinantes aparecían con mucha menor frecuencia
Frecuencia de transferencia de F es mayor a la frecuencia de recombinantes
Cepas Hrf
• Cepas que provocaban fertilidad a una alta frecuencia (1000 veces más que una
cepa F+)
• A diferencia de las cepas F+, las Hrf no suelen convertir en fértiles las cepas F- tras
el cruce conjugativo con ellas.
El plásmido F tiene
secuencias de inserción
Factor F
F+
F+
El bajo nivel de transferencia del factor F se debe a la
Lederberg Unidad
y Hayesgenética autónoma
y móvil, que
a los genes
de Hrf
contacto
transferencia.
presencia
de codifica
unas pocas
células
en lay población
F+
Inserción de plásmido F al genoma bacteriano
Recombinación homóloga
dependiente de Rec A
Frecuencia de integración 10-5
Sitio de Inserción
Conjugación Hfr x F-
episom
a
Lineal
Circular
Debido a la integración de factor F
en el cromosoma, el factor F no se
transfiere completo a la célula
receptora, por lo cuál estos cruces
no suelen conferir el carácter F+ a los
exconjugantes del receptor
• El factor F va hasta el final.
• Para que se transfiera el
fragmento
completo
se
requiere de 100 minutos
Después de 2 h
algunos exconjugantes
se convierten en Hfr
F d c
La transferencia conjugativa
tiene polaridad:
La transferencia de DNA en
células Hrf es unidireccional
y linear.
b a O
Los genes entran en un
orden determinado
Generalmente
la
conjugación
se
interrumpe antes de
que se transfiera todo
el Hrf
F’ Factor F´
rg, 1959
• Es un elemento citoplasmático que
contiene parte del cromosoma
bacteriano.
• Es autónomo.
mento citoplasmático
• Parte del cromosoma que arrastra
ontiene
parte del
contiene el gen lac.
soma bacteriano
de cromosoma que
contiene al gen lac
merocigoto
El factor F puede encontrarse en las bacterias (células) en tres
posibles estados formando transformantes de tipo:
F-: Carecen de factor F (receptoras).
F+: Factor F autónomo, libre en el citoplasma.
Hrf: Factor F integrado en el cromosoma bacteriano, no se
transmite.
F´: Factor F autónomo, con un trozo del cromosoma
hospedero integrado, se encuentra en el citoplasma.
En la práctica…
 Identificar al DNA portador de la información genética.
 Conocer los mecanismo por los que una bacteria puede adquirir
un plásmido.
 Reconocer a la conjugación bacteriana como un fenómeno de
transferencia horizontal de material genético.
 Entender el mecanismo por el cual se realiza la conjugación
baceriana.
Martes 4 de Octubre
Viernes 7 de Octubre Jueves 6 de Octubre
• Mezclar en un tubo con 1 mL de LB + 300 μL de células E. coli JM1452Str
(Receptora) + 120 μL de células E. coli W3110/F´KmTn3 (Donadora).
• Dejar Incubar a 37 oC por 1.5 horas sin agitación.
• Sembrar por estría las bacterias transconjugantes en una caja petri con LB 2% y
estreptomicina.
• Incubar a 37 oC durante 24 h.
• Parchar 50 colonias aisladas del medio LB (estriado del martes) en cajas petri
con medio LB con Estreptomicina (1) y medio LB con Kanamicina (2).
• Incubar a 37oC, durante 24 h.
• Observar y analizar los resultados
• Reportar el porcentaje de colonias transconjugantes (las que presentaron
resistencia a ambos antibióticos).