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Plásmidos
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Moléculas de ADN (en raras ocasiones ARN) que tienen auto replicación autónoma.
No son cromosomas.
No se consideran parte del genoma celular por las siguientes razones:
Un plásmido en particular puede ser encontrado en células de distintas especies y puede
transmitirse de una especie hospedera a otra.
Los plásmidos pueden estar presentes en algunas células de una especie y pueden estar
ausentes en otras.
Plásmidos como replicones
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Replicón: cualquier molécula de ácido nucléico que posea su propio origen de replicación.
Un replicón no necesariamente contiene genes que codifican para las enzimas necesarias en
su replicación ni tampoco genera su propio nucleótido precursor o energía de forma
obligatoria.
Los cromosomas, el genoma viral y los plásmidos son ejemplos de replicones.
Los plásmidos podrían ser vistos como seres de vida independiente que se replican dentro de
la célula hospedera.
Algunos les consideran virus domesticados que han perdido la habilidad de moverse de célula
en célula.
Se parecen a los virus en que requieren la energía y la materia prima de su célula hospedera
para la replicación.
Se diferencia en que no posee una cápside de protección lo que implica que no puede vivir
fuera de la célula y por tanto no provoca daños a la célula. Los virus generalmente producen
lisis celular, a diferencia de los plásmidos.
Cuando la célula se divide el plásmido se divide al mismo tiempo y cada célula hija hereda una
copia del plásmido.
A pesar de esto algunos plásmidos poseen mecanismos para matar a su célula hospedera, que
aseguran que la célula hospedera no pierda el plásmido.
El problema del huevo y la gallina
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Algunas personas sugieren que los virus provienen de plásmidos que evolucionaron e iniciaron
la codificación de una cápside.
Otros sugieren que los plásmidos son virus que evolucionaron.
Actualmente se asegura que algunos plásmidos son derivados de virus e igualmente algunos
virus son derivados de plásmidos.
A pesar de esto, el verdadero origen permanece confuso.
Otras de las cosas que se ha sugerido es que los plásmidos pueden crecer y en un largo
proceso podrían llegar a convertirse en cromosomas.
Generalidades de los plásmidos
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Son moléculas circulares de ADN.
Menos frecuente se observa moléculas lineares y aun menos frecuente moléculas de ARN.
Pueden encontrarse como una copia única o múltiples copias.
Pueden contener desde media docena hasta varios cientos de genes.
Solo pueden multiplicarse dentro de la célula madre.
La mayoría habita bacterias (el 50% de la bacterias en el ambiente posee plásmidos).
Se encuentran en otros organismos mayores como levaduras y otros hongos, además de
plantas.
El tamaño varía desde un 1% el genoma hasta un 10% del tamaño del genoma.
Los plásmidos contienen cromosomas para el mantenimiento de su propio ciclo de vida pero
también que confieren características a la célula hospedera. La característica mejor descrita es
la resistencia a antibióticos.
El número de copias del plásmidos influencia las características bacterianas (más copias = más
resistencia a antibióticos).
Plásmidos crípticos: no confieren fenotipo identificable en la célula huésped. Se cree que
simplemente no se ha descubierto la función de estos plásmidos.
Los plásmidos se utilizan en ingeniería genética para traspasar genes.
Familias
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Según genes de replicación similares.
Las familias de los plásmidos se designan con letras mayúsculas del alfabeto (F, P, I, X…)
Plásmidos F: solo habitan E. coli y otras pocas bacterias entéricas como Shigella y Salmonella.
Plásmidos P (promiscuos): habitan cientos de especies.
Plásmidos R: de resistencia.
Propiedades
a) Transferibilidad: capacidad de moverse de una célula bacteriana a otra.
Tra+: Transferibilidad positiva. Solo plásmidos medianos o grandes.
Los Tra+ pueden movilizar algunos genes cromosómicos: propiedad utilizada en la ingeniería
genética.
b) Movilización: movimiento de un plásmido Tra- de una célula a otra por medio de un Tra+.
No todos los son Tra- pueden ser movilizados.
c) Incompatibilidad: dos plásmidos diferentes que pertenecen a la misma familia o pueden
coexistir en la misma célula huésped. Este principio fue utilizado para la clasificación en
familias (plásmidos incompatibles pertenecen a la misma familia).
Replicación
 Dos mecanismos:
1) Replicación direccional del plásmido
o Similar a un minicromosoma bacteriano.
o Poseen un sitio de origen de replicación donde el ADN se abre para la replicación.
o Se da la separación de las 2 bandas y la formación de un complejo de replicación.
o Se sintetiza una nueva banda para cada cadena circular de ADN, con las horquillas de
replicación moviéndose en direcciones opuestas, hasta que se topan y se separan.
2) Replicación por círculos rodantes
o Mecanismo compartido con muchos virus.
o En el sitio de origen de la replicación una de las cadenas del ADN de doble banda se
rompe. La otra molécula que sigue siendo circular empieza a desenrollarse de la molécula
mellada.
o La molécula rota y lineal sirve de molde para la síntesis de una cadena que se empareja
con la cadena que aun es circular. Al final ambas cadenas circulares (la sintetizada de novo
y la cadena inicial) se desenrollan completamente de la cadena de ADN lineal.
o La molécula lineal se utiliza como molde y se sintetiza otra molécula para obtener otro
plásmido. La doble cadena se recirculariza.
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Los plásmidos que pueden trasmitirse entre bacterias tienen 2 sitios e origen de replicación
independientes. Durante la división celular normal estos plásmidos utilizan el mecanismo de
replicación por círculos rodantes. Sin embargo, se dividen por replicación bidireccional o
replicación vegetativa durante la conjugación bacteriana.
Los dos sitios de origen de replicación son:
a) OriV (vegetativo, presente en todas las células, necesario para la replicación y
sobrevivencia).
b) OriT (transferencia, presente solo en plásmidos Tra+, necesario para la transferencia).
Durante la conjugación el plásmido se replica y transmite un plásmido hijo a la célula F(-). El
plásmido se conforma como un material genético extra dentro de la nueva célula o en raras
ocasiones se integra al genoma bacteriano.
Sistema de adicción de plásmidos
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Utilizado para asegurar que solo las células que contengan el plásmido sobrevivan.
Permite matar a la célula huésped en caso de que se pierda de la célula huésped.
Dos componentes:
a) Síntesis de toxina estable: posee una larga vida media.
b) Síntesis de antídoto de la toxina: posee una corta vida media.
Si el plásmido se pierde de la célula, el antídoto remanente durará poco mientras que la toxina
por su larga vida media perdurará y provocará la muerte celular.
Ayuda a las células hospederas
 La mayoría de los plásmidos brindan propiedades útiles a sus células hospederas.
 Cumplen funciones de:
1) Defensa y resistencia:
Agente contra el que defiende el plásmido
Antibióticos
Metales pesados
Aniones tóxicos
Agentes intercalantes
Radiación
Ejemplos
Aminoglicosidos
β-lactámicos
Cloranfenicol
Sulfonamidas
Trimetoprima
Ácido fusídico
Tetraciclinas
Macrólidos
Fosfomicina
Níquel
Cobalto
Plomo
Cadmio
Cromo
Cobre
Bismuto
Zinc
Plata
Mercurio y organomercurados
Arsenato
Arsenito
Cromato
Selenato
Acridinas
Bromuro de etidio
UV
Rayos X
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Resistencia a bacteriófagos
2) Agresión y virulencia:
o Síntesis de bacteriocinas y antibióticos
o Síntesis de toxinas y proteínas de adhesión
3) Funciones metabólicas:
o Degradación de azucares como la manosa
o Degradación de hidrocarburos.
o Degradación de proteínas.
4) Otras: Transporte de sustancias (ejemplo: citrato y hierro).
Resistencia a antibióticos y virulencia
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Muchos de los determinantes esenciales de patogenicidad de las bacterias son en realidad
parte de los plásmidos.
Por ejemplo, un tipo de diarrea que causa E coli lleva los genes para adhesión mediada por pili
a los enterocitos y para la enterotoxina que afecta a los enterocitos en el mismo plásmido.
El término plásmido de virulencia se ha utilizado para los plásmidos cuya pérdida o
modificación hace que haya pérdida de patogenicidad de la cepa huésped.
Los plásmidos que incluyen genes que confieren resistencia a los agentes antimicrobianos son
de gran importancia en la medicina. Se denominan plásmidos R o factores R (factores de
resistencia). Los genes responsables de la resistencia por lo general codifican para enzimas
que median muchos de los mecanismos de resistencia.
Los plásmidos R de bacterias Gramnegativas se pueden transmitir a través de limitadas
especies y, en menor frecuencia, incluso entre géneros.
Bacterias no patógenas pueden servir como un reservorio natural de determinantes de
resistencia en plásmidos que están disponibles para la propagación de agentes patógenos.
Algunos ejemplos de resistencia a antibióticos
a) Resistencia a β-lactámicos
o Incluye las penicilinas y cefalosporinas.
o Producen la muerte bacteriana al interaccionar con la pared celular evitando la
reticulación de peptidoglicanos.
o Algunos plásmidos R contienen β-lactamasa, la cual desintegra el anillo del aácido βlactámico.
b) Resistencia al cloranfenicol
o Se une a los ribosomas bacterianos evitando su funcionamiento normal y por tanto la
muerte bacteriana.
o Plámidos R codifican para una enzima llamada cloranfenicol acetil-transferasa (CAT) que
transfiere dos grupos acetil de la acetil CoA hacia el lado de la cadena del cloranfenicol.
Esto evita que el antibiótico se pueda unir al ribosoma bacteriano.