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Universidad Nacional
Autónoma de México
Facultad de Química
Curso Genética y Biología Molecular (1630)
Licenciatura
Químico Farmacéutico Biológico
Dra. Herminia Loza Tavera
Profesora Titular de Carrera
Departamento de Bioquímica
Lab 105, Edif E
5622-5280
hlozat@unam.mx
Objetivos del tema
Conoci- Compren- Aplicamiento
sión
ción
El alumno...
IV. GENÉTICA
BACTERIANA
Comprenderá los mecanismos de la genética de virus,
bacterias y elementos genéticos móviles. Revisará los
mecanismos por los que se producen las mutaciones en las
bacterias y sus virus, conocerá su utilidad para el mapeo
génico en procariontes a partir de los mecanismos de
transferencia horizontal de material genético y comprenderá
la importancia de los elementos genéticos móviles en la
evolución de los genomas.
1. Tipos de
mutaciones en
bacterias
1.1. Conocerá la nomenclatura para referirse a los fenotipos y genotipos
de bacterias mutantes.
X
1.2. Entenderá los métodos para la generación y selección de bacterias
mutantes.
2.1. Describirá la composición química de los virus.
X
2. Bacteriófagos y
virus eucariontes
3. Plásmidos
4. Mecanismos de
transferencia
horizontal del
material genético
5. Elementos
genéticos móviles
X
2.2. Analizará los ciclos lítico y lisogénico de los bacteriófagos.
2.3. Conocerá las características y ciclos de infección de algunos virus
de eucariontes mediante los ejemplos del virus VIH y el de influenza.
3.1. Definirá la estructura, propiedades y funciones del plásmido F
bacteriano.
4.1. Conocerá los procesos de transformación, transducción y
conjugación.
4.2. Comparará los mecanismos de transferencia de información
genética en bacterias.
4.3. Aplicará los procesos de transferencia horizontal de material
genético en la elaboración de mapas genéticos de virus y bacterias
basados en la recombinación sitio específico.
5.1. Conocerá la estructura y función de las secuencias de inserción y
transposones.
5.2. Discutirá la función de los elementos genéticos móviles en la
producción de cambios en los genomas.
TERCER EXAMEN: Temas III y IV.
X
X
X
X
X
X
X
X
GENÉTICA BACTERIANA
1. TIPOS DE MUTACIONES EN BACTERIAS
¿Qué es una mutación?
Un cambio heredable en la secuencia de nucleótidos
en el DNA
 Una mutación no necesariamente es deletérea
 En algunos casos puede ser ventajosa
 En otros casos puede no producir ningún cambio observable
¿Qué es un mutante?
Un organismo que desciende de un miembro normal
(silvestre) pero que es diferente
Un cambio que sea letal no puede ser
considerado una mutación pues ésta debe
ser heredable
Para la genética y la biología molecular, las mutantes
son útiles para estudiar cómo se regulan los genes, qué
codifican o cuál es la función de su producto génico.
Las mutaciones son preadaptativas, es
decir no se generan en respuesta a la
presencia del agente selectivo….
…se generan
espontáneamente y
el agente selectivo
solo las selecciona.
Lederberg y Lederberg, 1952
Tipos de mutaciones
• Cambios en una sola base
– Transición: cambia pur x pur o pyr x pyr
– Transversión: cambia pur x pyr
• Frameshift mutations (cambia la fase de
lectura del mensaje)
– Deleción de una sola base
– Inserción de una sola base
• Una secuencia de pares de bases
– Deleción
– Inserción
• Una larga región de DNA
– Duplicación
– Inversión
Frameshift
(cambio del marco de lectura)
Al insertarse
o perderse un
nucleótido
ocurre un
cambio en el
marco de
lectura del
mensaje
¿Cómo se genera una mutante?
De manera natural, por errores en la replicación
Por exposición a agentes mutagénicos como:
•Agentes físicos: luz UV, rayos X, rayos gamma
•Agentes químicos: anaranjado de acridina, otros...
¿Y en el lab....?
Existen métodos que permiten generar mutaciones que
luego se pueden mapear para saber cuál gen fue el que
se alteró. Uno de estos métodos es la mutagénesis por
transposición.
Tipos de mutantes bacterianas
PROTOTROFÍA/AUXOTROFÍA
Las cepas silvestres son protótrofas (crecen en medio
mínimo). Las cepas auxótrofas son mutantes incapaces de
sintetizar algún metabolito esencial, por lo que éste debe ser
añadido al medio (bio-, arg-, met-, ad-)
UTILIZACIÓN DE DIVERSAS FUENTES DE ENERGÍA
Capacidad de las bacterias para utilizar determinados
sustratos como fuentes de energía, generalmente
carbohidratos: galactosa (gal-/gal+); lactosa (lac-/lac+)
RESISTENCIA/SUSCEPTIBILIDAD A ANTIBIÓTICOS
Capacidad de crecer en presencia de inhibidores, como
antibióticos (estreptomicina, ampicilina, kanamicina, etc.
strR/strS; ampR/ampS
Otras características como morfología de las colonias y
pruebas bioquímicas también se emplean.
Medio mínimo: medio sintético básico para el crecimiento bacteriano
sin nutrientes adicionales
Cultivos de bacterias
Suspensión
celular
bacteriana
Suspensión plaqueada en
caja con agar
Incubación
1 – 2 días
Caja Petri
con agar
Células
individuales
invisibles a
simple vista
Colonias visibles
procedentes de una célula
individual (mismo genotipo
y fenotipo)
Aislamiento de mutantes
a partir de colonias
individuales
Una de las bacterias más estudiadas
Escherichia coli
Descubridor: Theodore Escherich
¿Qué ventajas presenta para uso
de laboratorio?
2. BACTERIÓFAGOS Y
VIRUS EUCARIONTES
Generalidades de los virus
• Tamaño 24 – 300 nm
• DNA o RNA, de cadena simple o doble
• Cubierta de proteínas con o sin lípidos
• Forma icosaédrica, de varilla, o cabeza y cola
Virus de la influenza (200 nm)
Algunas estructuras de los bacteriófagos (fagos):
virus bacterianos
Icosahédricos sin cola (X174)
Icosahédricos con cola ()
Filamentosos (M13)
Están formados por un ácido nucleico (DNA/RNA) y una cápside
de proteína
El genoma de los fagos
RNA simple cadena (MS2, Qß)
RNA doble cadena (phi 6)
DNA simple cadena (phi X174, fd, M13)
DNA doble cadena (T3, T7, lambda , T5, Mu, T2, T4)
Estos ácidos nucleicos pueden contener bases inusuales que
son sintetizadas por proteínas del fago. En los fagos T-pares,
el genoma no contiene citosina sino 5'- hidroximetilcitosina,
mientras que en otros tipos de fago algunas de las bases
están parcialmente sustituidas.
Bacteriófago 
Fago libre
Componentes del Fago
Cabeza
Cuello y collar
Fago infectando
Centro
Vaina
Placa Basal
Fibras
Ciclo lítico
Ciclo Lítico
Ciclo de replicación del bacteriófago 
1. Adsorción del fago a receptores en la
superficie de la bacteria (proteínas
transportadoras de maltosa o de Fe2+)
2. Inyección del material genético viral
3. Transcripción del DNA del bacteriófago y
producción de proteínas virales
4. Replicación del material genético viral
5. Empaquetamiento del DNA dentro de la
envoltura proteica y ensamblaje de la
envoltura
6. Lisis y liberación de las partículas virales
Halos o placas de lisis de los fagos
Son generados sobre un manto de bacterias, área opaca en el gel
Además del
ciclo lítico el
fago puede
presentar un
ciclo
lisogénico
Ciclo Lisogénico
(Fagos temperados)
1. Una molécula de DNA del fago es inyectada a la bacteria.
2. Transcripción de genes necesarios para la integración.
3. El DNA del fago se inserta en el cromosoma bacteriano.
(Integración)
4. La bacteria replica su DNA (y el del fago) y se divide
normalmente.
5. El fago insertado se denomina profago y a la bacteria
lisógeno.
6. La bacteria es ahora inmune a la infección de otros fagos.
Características de los ciclos de vida del fago 
Integración del DNA del
fago al cromosoma
bacteriano
El cromosoma del bacteriófago
lambda () en estado libre es circular.
El sitio de integración  es una región
del cromosoma que se alinea en un
sitio del cromosoma bacteriano (entre
los genes gal y bio). Sitios de
attachment: attP en el fago y attB en
la bacteria.
Ocurre un entrecruzamiento recíproco
entre el fago circular y el cromosoma
bacteriano resultando en la
integración. Esta integración es
mediada por los genes del
bacteriófago y no por el sistema de
recombinación de la bacteria.
Al DNA del fago integrado al
cromosoma se le llama profago.
Una bacteria
lisogénica es la
que porta un
profago
(genoma del
fago integrado al
genoma de la
bacteria)
El DNA del
bacteriofago 
es lineal con
extremos
cohesivos, lo
cual permite
que pueda
circularizarse
Integración
de  al
cromosoma
bacteriano
Virus de la
influenza A
Virus de RNA
Los retrovirus se integran al DNA
Esto es posible por la
actividad e una
transcriptasa reversa, la
cual sintetiza DNA a partir
de RNA
El genoma del
retrovirus es RNA y
dentro de la
cápside viene la
transcriptasa
reversa
HIV
3. PLÁSMIDOS
Moléculas de DNA circulares
extracromosomales que
tienen su propio origen de
replicación y se encuentran
en la mayoría de las
bacterias y en algunas
células de eucariontes.
Características de los plásmidos
Usan la misma maquinaria de replicación del DNA cromosomal
y contienen un origen de replicación.
Se clasifican en:
•
de bajo número de copias (1-10 copias por célula)
•
de alto número de copias (10-100 copias por célula)
Los plásmidos autoregulan su número de copias a través de un
represor (proteína o RNA) que impide que se repliquen muchas
copias del plásmido.
Estos represores también pueden actuar sobre otros plásmidos
relacionados, excluyéndolos así de la célula.
Los plásmidos codifican diversas funciones que le
permiten, a la bacteria que los contiene, sobrevivir
en distintos habitats
 Funciones de resistencia
•
Antibióticos (aminoglicósidos, cloramfenicol, -lactamas)
•
Metales pesados (Hg, Ni, Co, Pb, Cd, Bi)
•
Aniones tóxicos (arsenato, arsenito, boratos, cromatos)
 Funciones metabólicas
•
Producción de bacteriocinas
•
Metabolismo de carbohidratos
•
Metabolismo de compuestos carbonados
 Factores que intervienen en la interacción con el hospedero
•
Enterotoxina y hemolisinas (Escherichia coli)
•
- endotoxina (Bacillus thuringiensis)
•
Neurotoxina (Clostridium tetani)
•
Infección y nodulación de leguminosas (Bradirhizobium sp.)
4. MECANISMOS DE TRANSFERENCIA
HORIZONTAL DEL MATERIAL GENÉTICO EN
BACTERIAS
Transferencia
parcial del genoma
por consumo de
DNA
Transformación
Conjugación
Plásmidos
Conjugación
Genoma
Transferencia parcial del
genoma durante la
conjugación
Transferencia de
plásmidos durante la
conjugación
Transducción
Transferencia parcial como parte
del genoma viral
TRANSFORMACIÓN
La transformación es la transferencia de genes resultante del
consumo de DNA exógeno de un donador.
Si el DNA exógeno es un fragmento sin origen de replicación, debe ser
incorporado al DNA cromosomal por recombinación para que se
mantenga dentro de la bacteria.
Una de las dos cadenas es hidrolizada y el DNA de cadena sencilla que
queda es protegido por proteínas de unión a DNA de cadena sencilla
(SSBP) y está disponible para recombinarse con el DNA cromosomal.
Si el DNA exógeno contiene un origen de replicación, por ejemplo un
plásmido, puede mantenerse independiente del genoma de la bacteria
Factores que afectan la transformación
Tamaño y estado del DNA
• Sensible a nucleasas
Competencia de la célula receptora
(Bacillus, Haemophilus, Neisseria, Streptococcus)
• Factor de competencia
• Competencia inducida
No todas las bacterias se transforman de manera natural
Transformación de fragmentos de DNA que
deben integrarse al genoma de la bacteria
receptora para permanecer
En el laboratorio, se puede inducir que algunas
bacterias que no se transforman de manera natural
puedan ser competentes
E. coli no se transforma de manera natural. En el
laboratorio debe hacerse “competente” para aceptar
material genético exógeno
Se emplean plásmidos como
vectores para introducir los genes
deseados. En este caso el DNA
introducido no requiere insertarse en
el genoma de la bacteria receptora
pues el plásmido contiene un origen
de replicación.
CONJUGACIÓN
Observación:
cuando dos
cultivos con
marcadores
auxotróficos
distintos (cepa
A y cepa B) se
mezclan pueden
surgir colonias
prototróficas
Estudiada por Lederberg
y Tatum, 1947
Se requiere contacto físico entre las
bacterias para que ocurra este intercambio
Medio mínimo
Experimento de Lederberg y Tatum
Conjugación en Escherichia coli
F+ (Factor de fertilidad)
F-
Pili
F+
Plásmido F
*Plásmido F codifica alrededor de 100 genes
William Hayes, 1953
Conjugación es el proceso de apareamiento de bacterias
mediante el cual se transfiere información genética. Involucra el
contacto físico entre bacterias (F+ y F-).
•
•
•
•
CONJUGACIÓN
La Conjugation es el análogo más
cercano en bacterias al sexo en
eucariontes.
La habilidad para conjugar es
conferida por el plásmido F. Las
células bacterianas que contienen
el plásmido F son llamadas “F+”.
Las bacterias que no tienen el
plásmido F son llamadas “F-”.
Las células F+ tienen fibras
especiales llamadas “pili
sexuales”. Cuando células F+
encuentran a células F-, los pilli
sexuales las acercan y una copia
del plásmido F es transferida de
F+ a F-. Ahora ambas células son
F+.
¿Por qué no todas las células de
E. coli son F+, ya que es posible
que F se distribuya tan
fácilmente? Porque el plásmido F
puede ser espontáneamente
perdido.
CONJUGACIÓN
Participan dos tipos de células:
• donadoras/machos que tienen el plásmido F (plásmido
sexual/ factor de Fertilidad) (F+)
• receptoras/hembras que no lo tienen el plásmido F (F-)
Plásmido F
•contiene unos 100
genes
•algunos codifican
proteínas
involucradas en la
replicación del DNA
•otros codifican
proteínas tubulares
que forman el pilus
Mecanismo de conjugación
La célula F+ inicia la conjugación al
sintetizar y extender el pilus que se
adhiere a la superficie de la célula FEl pilus se retrae y acerca a las dos
células.
Una de las cadenas del DNA F es
cortada por una endonucleasa y se
separa de la otra cadena. Se
transfiere esa cadena a la otra célula,
a través del poro de conjugación,
mientras que se comienza a replicar
el DNA de la cadena que se quedó en
la célula F+
La cadena de DNA recién
transferida también se replica.
Las dos células contienen un
plásmido F íntegro, por lo que
ambas son F+
Características del
mecanismo de conjugación
La replicación del plásmido requiere de un “puente de cruzamiento”
entre la célula donadora y la célula receptora.
Antes de que el puente de cruzamiento pueda formarse se requiere
que:
• la célula donadora reconozca a la célula receptora
• la célula donadora tome contacto con la célula receptora
Las funciones conjugativas del plásmido F están especificadas por
un cluster de la menos 25 genes de transferencia (genes tra). Ellos
determinan:
• expresión del pili F
• síntesis y transferencia del DNA durante el cruzamiento
• determina la incapacidad de F+ de funcionar como célula
receptora.
Si bien la conjugación explica el paso de material genético
de una bacteria donadora a otra receptora, no explica el
haber encontrado bacterias prototrófas en el experimento
de Lederberg y Tatum (1947).
Bacterias con alta frecuencia de
recombinación (Hfr)
El plásmido F es capaz de integrarse al cromosoma bacteriano.
Cuando el plásmido F se integra al cromosoma de la bacteria, la
célula ya no es F+ sino es Hfr (high frequency of recombination).
Episoma. Fragmento de
DNA que puede existir como
plásmido y que se puede
integrar al cromosoma.
La célula Hfr mantiene su
capacidad de conjugación,
por lo que se puede aparear
con una célula F-
Al conjugarse una Hfr se lleva a cabo
la transferencia de material genético,
empezando por el DNA cromosomal.
Generalemente, no se transfiere el
cromosoma completo pues las células
se separan, por lo que, la secuencia
del plásmido F no se transfiere.
Como se transfirió un fragmento del
DNA cromosomal, y si hay
homología con el cromosoma de la
célula receptora, ocurre
recombinación con alta frecuencia
(Hfr)
Una característica importante del apareamiento Hfr / F- es que la
transferencia del cromosoma Hfr ocurre a una tasa constante a
partir de un punto fijo determinado por el sitio donde está
insertado el episoma F.
Generación de una cepa Hfr
F integrado
Integración del plásmido F al cromosoma
Regiones
homólogas
donde el
apareamiento
entre bases
puede ocurrir
O
O
Dirección de la
transferencia
Tanto el cromosoma bacteriano como el episoma F son circulares
En la conjugación de Hfr se transfiere
parte del genoma de la bacteria
Después de 2 h
algunos exconjugantes
se convierten en Hfr
F d c b a O
La bacteria donadora contribuye con una fracción de
material genético a la bacteria receptora
El fragmento de DNA donado es llamado exogenota y
el genoma receptor el endogenota
Una bacteria que contiene ambos DNAs, el
exogenota y el endogenota es un merocigoto
a+
b+
Exogenota
Endogenota
a
b
Para que ocurra la integración estable del
exogenote debe haber un doble
entrecruzamiento con el endogenote
Recombinación
sencilla
No viable
Recombinación doble
a+
a–
a–
+
a+
Merocigoto
No viable
Viable
Recombinantes
recíprocos
Corolario
1. El cromosoma de E. coli es circular.
2. El plásmido F es circular.
3. La orientación en la que se integra F al
cromosoma determina la dirección de la
transferencia.
4. Un extremo de F integrado es el Origen donde
comienza la transferencia y el otro extremo es el
término que generalmente NO se transfiere a
menos que antes se haya transferido TODO el
cromosoma Hfr.
Resumen de la conjugación bacteriana
Una característica importante del apareamiento Hfr / F- es que la
transferencia del cromosoma Hfr ocurre a una tasa constante a
partir de un punto fijo determinado por el sitio donde está
insertado el episoma F.
Esta propiedad permite controlar la cantidad de
información genética transferida y mapear la posición de
los genes transferidos con respecto a la secuencia F de
acuerdo al tiempo de conjugación.
Mapeo de genes en E. coli por
conjugación
• El tiempo que se requiere para que los genes entren en la
célula receptora está asociado con el ordenamiento en el
cromosoma bacteriano.
• El cromosoma Hfr es transferido linealmente a la célula F
receptora.
-
• Si se interrumpe la conjugación a distintos tiempos ocurrirán
transferencias parciales de los genes.
• El orden de los genes a lo largo del cromosoma se puede
deducir al determinar los genes transferidos durante
apareamientos cortos y comparados con apareamientos largos.
Experimento de conjugación
a tiempos controlados
Cepa Donadora Hfr: thr+; leu+; azis; tons;
lac+; gal+; strs
Cepa receptora (F-): thr-; leu-; azir; tonr;
lac-; gal-; strr
1. Poner en contacto a las dos cepas.
2. Interrumpir la conjugación a distintos
tiempos, por agitación fuerte.
3. Sembrar en medio con streptomicina
(elimina a la cepa donadora).
4. Evaluar el fenotipo de las bacterias
conjugantes sembrando en cajas con
distintos medios.
Resultados del experimento
Tiempo de
conjugación
(min)
% de colonias que sobreviven con los
genotipos indicados
thr+leu+
azis
tons
lac+
gal+
Observando el orden en que los genes son
transferidos en una conjugación podemos
saber el orden que tienen en el cromosoma
Mapa genético del cromosoma de Escherichia coli
realizado por conjugación
Punto de inicio
Las unidades son
minutos. Se refiere al
tiempo que tardan los
genes en entrar a una
bacteria F- receptora
durante el experimento
de conjugación.
CONJUGACIÓN F’
En células Hfr, ocurre con baja frecuencia que, F se escinde del
cromosoma y forma un plásmido circular nuevamente. En algunos
casos, F acarrea consigo genes adyacentes del cromosoma
bacteriano que ahora se encuentran formando parte del plásmido
F. Entonces, a éste se le llama plásmido F’.
A los factores F que tienen genes
bacterianos se les llama episomas F’
Éstos se originan por una
excición errónea del
plásmido F.
Cuando un episoma F’ se
transfiere a una bacteria
receptora, ésta se convierte
en un diploide parcial
CONJUGACIÓN F’
Los plásmidos F’ también pueden
ser transferidos por conjugación
Con esta transferencia se pueden
crear células diploides parciales
TRANSDUCCIÓN
Transferencia de material genético entre bacterias a través
de un bacteriófago
Transducción
Transferencia de material genético bacteriano
por los virus de bacteria (fagos)
phe– trp– tyr–
met– his–
WT
Requiere de contacto entre el fago y la bacteria para que el fago pueda
infectar
Profago
Cromosoma
bacteriano
Inducción
del ciclo
lítico
La escición del DNA
del fago acarrea
DNA cromosomal
Replicación
del fago
Lisis celular y
liberación del fago
La célula receptora
adquiere nuevos
genes
El fago infecta a la
Integración del DNA del
fago al cromosoma
célula receptora
Transducción
Transducción generalizada: es el mecanismo por el cual
potencialmente cualquier gene bacteriano de la donadora puede ser
transferido a la célula receptora.
Transducción especializada: La transducción especializada es la
transducción en la cual solo ciertos genes del donador pueden ser
transferidos al receptor.
Transducción generalizada
Los fagos que median la transducción generalizada, normalmente cortan el DNA
de la célula huésped en pequeñas piezas y empacan ambos DNAs al interior de la
partícula fágica mediante un mecanismo llamado “head full” o llenado de las
cabezas del fago. Ocasionalmente una de las piezas del DNA de la bacteria
huésped resulta empacada al azar dentro de una cubierta de fago. Por lo tanto
cualquier gene de la bacteria donadora puede ser potencialmente transferido, pero
solamente se transferirá tanto DNA como pueda caber en una sola cápside. Cuando
la célula receptora se infecta con un fago que contiene DNA de una donadora, el
DNA de la donadora puede entrar a la receptora. Ya dentro de la célula receptora
puede ocurrir el evento de la recombinación generalizada, en el cual se substituye
el DNA de la célula donadora por el de la receptora.
Fagos llevando
genes de la célula
donadora
Transducción especializada
Diferentes fagos pueden transferir diferentes genes pero un fago individual
solamente puede transferir unos pocos genes. La transducción especializada está
mediada por fagos lisogénicos o fagos temperados y los genes que se llegan a
transferir dependerán del lugar donde el profago queda insertado en el
cromosoma.
Mapeo de genes empleando transducción
Células donadoras:
arg+; met+, strs
Infección con el fago P1.
Ciclo lisogénico. Integración.
Ocasionalmente un fago
contendrá un segmento del
cromosoma bacteriano.
Mezclar los fagos con la
bacteria receptora: arg-; met-;
strr
Estas colonias
deben ser met+
Para determinar si
también son arg+
estriar en placas sin
ambos aminoácidos
Plaquear en medio mínimo
con arginina y estreptomicia
pero sin metionina
Transferencia horizontal de genes entre distintas
especies e incluso géneros de bacterias
Mecanismos de resistencia a antibióticos y
su transmisión
1. Impermeabilidad y eflujo. Gram+ (peptidoglicano); Gram(capa de Lipopolisacáridos). Proteínas de eflujo. Los genes
responsables pueden estar en plásmido o en cromosoma.
2. Modificación e inactivación del antibiótico. -lactamasa,
enzimas modificadoras de aminoglicósidos, cloramfenicol acetil
transferasa.
3. Modificación del blanco. Dominios de transpeptidasa con
menor afinidad por las -lactamas.
4. Vías alternativas de síntesis. Síntesis de tetrahidrofolato
insensible a sulfonamidas.
La transferencia horizonzontal de material
genético en bacterias ha dispersado los
distintos genes que confieren resisitencia a
antibióticos, generando un grave problema de
multi-resistencia a antibióticos
1. Cuatro cepas Hfr de E. coli procedentes de la misma cepa F+ transfieren los siguientes
marcadores en el orden:
Cepa 1: M Z X W C
Cepa 2: L A N C W
Cepa 3: A L B R U
Cepa 4: Z M U R B
¿Cuál es el orden de estos marcadores en la cepa F+ original?
5. ELEMENTOS GENÉTICOS
MÓVILES (TRANSPOSONES)
• La transposición es otro tipo de recombinación de
DNA en el cual un elemento transponible o
transposón se mueve de una molécula de DNA a
otra (recombinación ilegítima).
• Su existencia fue propuesta por Barbara Mc
Clintock en maíz, sin embargo, no se demostró su
existencia sino hasta mucho tiempo más tarde en
bacterias.
• Su presencia se ha documentado también en otras
especies, desde bacterias hasta humanos.
Descubrimiento de los transposones eucariontes
Elementos de control
Barbara Mc Clintock, 1951
Premio Nobel, 1983
Tipos de transposones
Secuencia de Inserción o Elemento de
Inserción (IS): contiene una secuencia
central con el gen de la transposasa y en
los extremos una secuencia repetida en
orden inverso no nesariamente idéntica,
aunque muy parecida. Cuando un
transposón simple se integra en un
determinado punto del DNA aparece una
repetición directa de la secuencia diana (512 pb).
Transposón Compuesto (Tn): contiene
un elemento de inserción (IS) en cada
extremo, en orden directo o inverso y
una región central que además suele
contener información de otro tipo. Por
ejemplo, los Factores de transferencia
de resistencia (RTF) poseen
información para resistencia a
antibióticos (cloranfenicol, kanamicina,
tetraciclina, etc.).
http://www.ucm.es/info/genetica/grupod/Mutacion/mutacion.htm
Características de algunos elementos IS
Elemento
Longitud
IS1
IS2
IS4
IS5
786 pb
1327 pb
1428 pb
1195 pb
Repetición
terminal
invertida
23 pb
41 pb
18 pb
16 pb
Repetición directa
de la diana
Selección de la diana
9 pb
5 pb
11-12 pb
4 pb
Regional
Zona caliente
AAAX20 .........XTTT
Zona caliente
Características de algunos Transposones compuestos (Tn)
MÓDULOS TERMINALES
Elemento
Longitud
Marcador genético
(resistencia)
IS
Orientación
Relación entre ambos
Tn 10
Tn 5
Tn 903
Tn 9
9300 pb
5700 pb
3100 pb
2500 pb
Tetraciclina
Kanamicina
Kanamicina
Cloranfenicol
IS 10
IS 5
IS 903
IS 9
Invertida
Invertida
Invertida
Directa
Divergencia 2.5%
Difieren en 1 pb
Idénticos
Idénticos (?)
http://www.ucm.es/info/genetica/grupod/Mutacion/mutacion.htm
Tanto los elementos IS como los transposones (Tn) tienen que estar
integrados en una molécula de DNA, que contenga un origen de
replicación, ya sea en el cromosoma principal bacteriano o en un
plásmido, nunca se encuentran libres.
Cromosoma de
E. coli
Algunos elementos
pueden encontrarse
en varias copias
http://www.ucm.es/info/genetica/grupod/Mutacion/mutacion.htm
Transposones en procariontes
Secuencias de inserción (IS)
Frecuencia global de transposición: 10-3 – 10-4
Frecuencia individual de transposición: 10-5 – 10-7
Reversión de la transposición: 10-6 – 10-10
Transposones
El tamaño de los transposones varía entre 103 a 104 pb
dependiendo del tipo de transposón.
La secuencia íntegra del transposón se puede insertar en un sitio
particular del cromosoma.
La transposición involucra recombinación entre secuencias no
relacionadas (recombinación ilegítima) que son los extremos
flanqueantes del transposón y el sitio del cromosoma donde se
insertó.
Formas de transposición
Replicativa
Conservativa
Transposasa. Enzima que corta al DNA blanco en sitios al azar y
une los extremos del transposón.
Secuencias repetidas invertidas. Funcionan como el sitio de
reconocimiento de la transposasa. Como las secuencias son
invertidas, son idénticas.
Marcador de selección. La inserción del transposón confiere una
ventaja ecológica a la célula, que puede ser la resistencia a algún
antibiótico. KanS  KanR
Tn5: 5,800 pb y regiones flanqueantes de 1,530 pb. Genes de resistencia
a Kan, Bleo, Strp.
Tn7: 14,000 pb y regiones flanqueantes (secuencias repetidas invertidas
de 30 pb). Resistencia a Strp, Spec.
Tn10: 9,300 pb y regiones flanqueantes de 1,300 pb. Genes de
resistencia a Tet.
Mecanismo de transposición
(recombinación ilegítima)
Repetidos directos (5-9 pb)
Transposición conservativa
Unión de la transposasa a la región flanqueante
Formación del asa (complejo sináptico). Los
extremos del transposón se acercan.
Corte del DNA y escición del transposón
Unión del transposón al DNA blanco
La transposasa cataliza la inserción del
transposón al DNA blanco.
Transposición replicativa
Transposasa
Resolvasa
Transposones de eucariontes
Retrotransposones
Transposones de DNA
Los transposones pueden causar
reordenamientos y cambios en los genomas
Transposones
Transferencia de DNA
Duplicación de DNA
Virus
Evolución de genomas
Uso de transposones para generar
mutantes en bacterias
(mutagénesis por transposición)
1. Para introducir inserciones de Tn5 al azar en el
cromosoma de E. coli, se usa un vector de fago lambda:
 Pam int-::Tn5
2. Cuando este fago infecta células KanS, el DNA del fago
no se puede replicar ni integrar, así que la única manera
de que E. coli se vuelva KanR es que el transposón Tn5
se inserte en algún sitio del cromosoma. Esto va a
ocurrir en aprox. 1 de cada 100,000 células infectadas.
3. Si se infectan 2 x 109 células, se obtendrán aprox. 2 x
104 colonias KanR. Cada una tendrá una inserción de Tn5
en un sitio distinto del cromosoma. Si en el genoma de
E. coli hay unos 5,000 genes, es probable que se tenga
una colección con inserción de Tn5 en casi todos los
genes.