Mecanismos De Multiplicación Bacteriana

Mecanismos de multiplicación bacteriana de intercambio genético y de adaptación al medio

Fisión binaria

Las bacterias en su mayoría se multiplican a partir de un mecanismo asexual denominado como fisión binaria, que no es más que el aumento de tamaño de la célula, esta se duplica y segrega su material genético, para finalmente dividirse y formar dos células hijas equivalentes.

Este mecanismo comienza cuando el cromosoma circular se encuentra unido a un punto de la membrana plasmática, después este cromosoma se duplica, ambas copias permanecen fijas a la membrana en puntos cercanos, después la célula se alarga y se agrega una nueva membrana plasmática entre los puntos de unión causando que la membrana plasmática se invagine y se produzca un tabique de separación o pared celular transversa, lo cual dará origen a la célula hija.

Transducción

Es la transferencia de ADN de una bacteria a otra por intermedio de un bacteriófago, un bacteriófago es un virus que ataca a bacterias y cuyo proceso de infección comienza con la adsorción del virus sobre receptores de la superficie bacteriana. Entonces, el fago inyecta el ADN contenido dentro de su cápside en la bacteria. Este ADN tiende a expresar su programa, pero el resultado final depende de que el fago sea virulento o moderado, si es virulento expresa el programa de su genoma dentro de la bacteria, produciendo múltiples copias de su ADN y proteínas de la cápside, que se auto ensamblan incorporando las copias de ADN en su interior, produciéndose una enorme cantidad de partículas víricas que lisan la bacteria, liberándose al medio los nuevos fagos, pero si es moderado entonces su ADN puede expresar toda su información, con el mismo resultado que en el caso anterior, o pueden reprimirse sus funciones líticas, estableciéndose una relación benigna con el hospedador.

La transducción se puede definir como el proceso de transferencia genética desde una célula donadora a otra receptora mediatizado por partículas de bacteriófagos que contienen ADN genómico de la primera. En la transducción podemos distinguir dos etapas diferenciadas:

1. Formación de la partícula fágica transductora: un trozo de material genético de la célula donadora se introduce en el interior de la cabeza de la cápside de un fago. Las partículas transductoras son en cierta manera subproductos anómalos del ciclo normal del fago.

2. La partícula transductora inyecta de forma habitual el ADN que porta a la célula receptora, donde este ADN puede eventualmente recombinarse y expresar su información.

Se conocen dos tipos de transducción la especializada y la generalizada, la especializada ocurre cuando un fago temperado porta genes bacterianos adquiridos durante un ciclo infeccioso anterior y al infectar a una nueva bacteria e integrar su genoma al cromosoma bacteriano, incorporara a este último la información genética correspondiente a la bacteria infectada previamente, este tipo de transducción consiste en la transferencia mediatizada por fagos moderados producidos en la inducción de un cultivo lisogénico, de un número limitado de marcadores, correspondientes a los loci genéticos adyacentes al sitio de integración del profago. La transducción restringida nunca ocurre por infecciones líticas y el ADN transducido va unido a ADN del fago, mientras que la transducción generalizada se produce por partículas virales defectuosas que se originan como cápsides vacías durante la replicación viral y que luego incorporan ADN de una bacteria, así al infectar a una nueva bacteria podrán introducir en ella dicho material genético.

Conjugación

Es el intercambio unidireccional de información genética desde una bacteria donante a otra receptora mediante un puente citoplasmático. La capacidad de conjugación depende de la presencia en la bacteria de plásmidos conjugativos que contienen los genes necesarios para tal proceso, el más común es el plásmido F, que es una estructura especializada esencial para el contacto entre la bacteria donadora y la receptora, generalmente , los plásmidos conjugativos solamente causan la transferencia de su propio material genético, pero en ocasiones el plásmido puede integrarse al cromosoma bacteriano y en el momento de conjugar se transferirá no solo a sí mismo, sino también a los genes cromosómicos que se encuentran tras él.

El factor responsable de la fertilidad es el plásmido F, es un ejemplo de plásmido conjugativo que tiene la capacidad de interaccionar con el cromosoma bacteriano para integrarse en él (episoma). El factor F puede encontrarse en uno de tres posibles estados:

1. autónomo, en las células F+

2. integrado (como episoma), en las células Hfr

3. autónomo, pero con un trozo de cromosoma, en las cepas F'

Función:

1. Porción tra (genes que codifican funciones relacionadas con la transferencia conjugativa)

1.1: Los genes tra se pueden clasificar en:

1.1.1: traG, traN: Estabilización de los agregados de conjugación

1.1.2: traI, traD, traM, traY, traZ: Metabolismo del ADN durante la conjugación

1.1.3: traS, traT: Exclusión de superficie

2. Regiones para la replicación vegetativa del plásmido F: la zona RepFIA es la más importante, y posee genes relacionados con la replicación vegetativa, con la incompatibilidad de F respecto de otros plásmidos de tipo similar, y con el reparto de las copias replicadas de F a las células hijas

3. Existen varias secuencias de inserción: dos copias de IS3, una copia de IS2 y una copia de Tn1000 (antes llamado , y que pertenece a la misma familia que los transpones Tn1, Tn3). Precisamente son estas secuencias de inserción las que permiten la integración de F en varios lugares del cromosoma, por medio de recombinación homóloga con elementos similares del genóforo bacteriano.

Podemos distinguir en la conjugación dos grandes fases:

1. Contactos entre células F+ y F-:

1.1.1. Las células F+ forman de 1 a 10 pelos sexuales, este pelo interacciona específicamente, a través de su punta, con un receptor de la célula F-

1.1.2. En los cruces se ha visto que más que parejas de cruce existen agregados de cruce, donde varias células de ambos tipos (hasta unas 20) se encuentran relacionadas por contactos directos.

1.1.3. Una célula F+ contacta por medio de la punta de su pelo F con el receptor de superficie de una F-

1.1.4. El pelo F se va despolimerizando desde su base, lo cual provoca la apariencia de que se va retrayendo. En ese movimiento de retracción, la célula F-- se va acercando a la F+

1.1.5. Cuando el pelo se termina de desintegrar, las células se ponen en contacto directo pared-pared. Se forma un puente conjugativo que pone en contacto los citoplasmas de ambas células.

1.1.6. Las parejas o agregados de cruce se estabilizan por la acción de los genes traN y traG del plásmido F, y de ompA de la célula F-

1.1.7. La proteína producida por traD (localizada en ambas membranas, citoplásmica y externa) parece que facilita el transporte del ADN a la célula receptora

1.1.8. Tras cierto tiempo de conjugación, el agregado se desagrega de forma activa

2. Transferencia del ADN:

2.1. Una de las dos cadenas parentales del plásmido F pasa a la célula receptora, replicándose en ella

2.2. La otra cadena parental se queda en el donador, sirviendo a su vez como molde para la síntesis de una nueva cadena complementaria.

Transformación

Es el proceso por el cual ciertas bacterias (llamadas competentes), son capaces de incorporar ADN exógeno proveniente de otras bacterias, que está libre en el medio con la posterior recombinación del exogenote con el genomio de la célula en cuestión (endogenote). Tras la transformación, la célula que ha recibido el ADN se suele denominar transformante.

La capacidad de captar el ADN exógeno, conservarlo en forma estable e interaccionar con él, se denomina competencia, este fenómeno depende de la presencia de un sistema de captación de ADN especifico asociado a la membrana, aunque la mayoría de las bacterias no presentan capacidad natural para captar ADN, es posible de inducir la competencia en el laboratorio mediante electroporación, o con cambios osmóticos y térmicos.

La transformación fue el primer proceso de transferencia genética que se describió en los procariotas, y este hallazgo constituyó la base para suministrar el primer dato incontrovertible acerca de la naturaleza química del material genético: a partir de 1944 empezó a quedar claro que era el ADN el portador de la información genética de los seres vivos.

Todo comenzó con los trabajos de Griffith (1928) sobre el neumococo. Recuérdense sus clásicos experimentos con las cepas S (lisas, capsuladas y virulentas) y R (rugosas, no capsuladas y avirulentas), inoculadas en ratones:

1. cepas S vivas inoculadas en ratones  ratón muere

2. cepas R vivas inoculadas en ratones  ratón vive

3. cepas S muertas por calor ratón vive

4. cepas S muertas por calor + R vivas  ratón muere. La autopsia revela la presencia de neumococos vivos virulentos (tipo S).

La conclusión es que una sustancia que confiere una nueva propiedad heredable a un organismo

Muchas especies bacterianas carecen de sistemas naturales de transformación. En los últimos años se ha logrado desarrollar sistemas artificiales para producir “células competentes” en algunas de ellas (como Escherichia coli,

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