Conceptos Clave de Microbiología y Genética

Fermentación

La fermentación es un proceso que libera energía a partir de azúcares u otras moléculas orgánicas como los aminoácidos.

1. No necesita oxígeno.
2. No presenta ciclo de Krebs.
3. No presenta cadena transportadora de electrones.
4. Utiliza una molécula orgánica como aceptor final de electrones.
5. Produce pequeñas cantidades de ATP, a través de la glucólisis.
6. La principal función es la regeneración de NAD+ y NADP+ para que pueda continuar la glucólisis.
7. Los sustratos son parcialmente metabolizados y generan desechos del metabolismo celular como CO2, etanol, ácido láctico, ácido acético.

Cultivo Continuo

Utiliza un biorreactor (quimiostato o turbidostato).

1. Es un sistema en el que se alimenta en forma continua el biorreactor con medio fresco y del cual se retira en forma continua un volumen igual de medio de cultivo agotado, junto con los productos de reacción.
2. La población se mantiene en fase logarítmica.
3. La población en el biorreactor es constante.
4. Es muy importante controlar la velocidad de ingreso y salida de nutrientes.
5. Antes de iniciar un cultivo continuo, se debe realizar previamente un cultivo batch para tener una cierta concentración de microorganismos.

Crecimiento Sincronizado

1. Todas las células se encuentran en la misma fase de crecimiento.
2. Se dividen al mismo tiempo.
3. Tienen igual tamaño.
4. Se obtiene por filtración del cultivo microbiano, de tal modo que las células más pequeñas pasarán a través del filtro quedando solo las células del mismo tamaño.

Plásmidos y Cósmidos

1. Elementos genéticos extracromosómicos, circulares.
2. Codifican: genes de autorreplicación, genes que intervienen en su transferencia y genes responsables de sus caracteres fenotípicos.
3. Se movilizan entre bacterias, hacia hongos, plantas.
4. Un cósmido es un tipo de plásmido híbrido que contiene una secuencia cos del fago Lambda. Los cósmidos, que suelen emplearse como vectores de clonación en ingeniería genética, pueden emplearse para crear bibliotecas genómicas.

Episomas

Son plásmidos que se integran al genoma bacteriano, quedando bajo el control del genoma bacteriano.

Transposones y Secuencias de Inserción

1. Segmentos de ADN que tienen la capacidad única de moverse y reinsertarse en nuevos lugares dentro del genoma.
2. Se transfieren secuencias largas y cortas, llamadas transposones y secuencias de inserción.
3. El enzima responsable es la transposasa.
4. Están flanqueadas por secuencias repetitivas invertidas.
5. Posee implicancias genéticas y médicas al transferir algunos genes, por ejemplo, de resistencia.

Genoma de las Mitocondrias y Cloroplastos

1. Tienen su propio ADN y derivan de otros preexistentes.
2. Pueden darse mutaciones mitocondriales.

Enzimas que Participan en el Proceso de Duplicación del ADN

1. La topoisomerasa relaja la tensión provocada por el superenrollamiento del ADN al abrirse las dos hebras.
2. La helicasa rompe los puentes de hidrógeno de la doble hélice, abriendo las dos hebras, permitiendo el avance de la horquilla de replicación.
3. El ADN polimerasa I reemplaza los cebadores de ARN por nucleótidos de ADN.
4. El ADN polimerasa II interviene en la corrección de errores.
5. El ADN polimerasa III sintetiza la cadena complementaria de forma continua en la hebra adelantada y de forma discontinua en la hebra rezagada.
6. El ARN primasa sintetiza el cebador de ARN necesario para la síntesis de la cadena complementaria a la cadena rezagada.
7. El ADN ligasa une los fragmentos de Okazaki.

Regulación Postranscripcional

Se da en células eucariotas.

Adición del CAP

Ocurre cuando se han sintetizado cerca de 25 nucleótidos del ADN, un conjunto de enzimas particulares cataliza la adición de un ribonucleótido de guanina en el extremo 5´, que luego es modificado por una metilación. Este «capuchón» molecular se une a proteínas que cumplen una función tanto en el posterior transporte del mensajero hacia el citoplasma como en la traducción de él.

Poliadenilación

Secuencia larga de poliadenilato situada unos 20 a 30 nucleótidos antes del extremo 3´ original. Esta cola protege al ARNm frente a la degradación.

Splicing

Denominado corte y empalme. Es un proceso mediante el cual los intrones son escindidos del transcripto de ARN mensajero primario y los exones se unen para generar ARN mensajero maduro, de manera que se puedan codificar los aminoácidos correctos.

Mutación

Cambio de secuencias de ADN (gen), que resulta en un cambio del aminoácido en el polipéptido que codifica dicho gen.

Tipos de Mutaciones

• Mutaciones puntuales: En un par de base específico.
• Silenciosa: Es un cambio en la secuencia de ADN que no altera la secuencia de aminoácidos de la proteína resultante. UAC y UAU, ambas codifican tirosina.
• Con sentido erróneo: Son cambios en la secuencia de ADN que resultan en la sustitución de un aminoácido por otro en la proteína resultante. UAC (tirosina) cambia a AAC (asparragina).
• Sin sentido: Alteran el codón de terminación generando una proteína incompleta.
• Mutaciones por desfase: Son causadas por la delección o inserción de un número de nucleótidos.
• Mutaciones hacia atrás: Son cambios en la secuencia de ADN que restauran la función original de un gen.

Recombinación

Consiste en el intercambio de material genético entre bacterias o dos organismos, formando un cromosoma recombinante con ADN derivado de dos células.

Modelo Operón

Un operón es un grupo de genes estructurales que son regulados juntos bajo el control de un solo promotor y funcionan como una unidad para facilitar la regulación coordinada de proteínas involucradas en una misma vía metabólica.

Consiste en:

• Un gen operador: Segmento de ADN que actúa como interruptor y controla el acceso de la ARN polimerasa al promotor.
• Un promotor: Secuencia de ADN donde se une la ARN polimerasa para iniciar la transcripción de los genes (reconoce el sitio de inicio de la transcripción).
• Un gen estructural: Codifica las proteínas o enzimas relacionadas o las proteínas estructurales.
• Un gen regulador: Codifica una proteína represora o activadora que se une al operador para inhibir o activar la transcripción.

Tipos de Operones

1. Inducibles: Normalmente está apagado y se activa en presencia de un inductor. Un ejemplo clásico es el operón lac en Escherichia coli, que se activa en presencia de lactosa.
   • En ausencia de lactosa: La proteína represora se une al operador, bloqueando la transcripción de los genes lac.
   • En presencia de lactosa: La lactosa actúa como inductor, se une a la proteína represora y la inactiva, permitiendo la transcripción de los genes lac y la producción de enzimas necesarias para metabolizar la lactosa.
2. Reprimibles: Normalmente está encendido y se apaga en presencia de un correpresor. Un ejemplo es el operón trp, que se apaga cuando hay suficiente triptófano disponible.

Genética Eucariota

El ADN de cada cromosoma es una larga cadena de ADN bicatenario. El ADN eucariota se presenta en dos formas.

• Cromatina: Forma no empaquetada y tiene 50% de proteínas.
• Cromosoma: La forma empaquetada.
• Histonas: Son las proteínas asociadas al ADN, con carga positiva/básico, y son atraídos por el ADN (carga negativa/ácido).
• Nucleosoma: Es la unidad fundamental del empaquetamiento del ADN eucariota. Hay super enrollamiento del ADN.

Genes, Virus y Cáncer

Enfermedad caracterizada por el crecimiento descontrolado de células anormales en el cuerpo. Estas células cancerosas surgen debido a mutaciones en el ADN.

• Oncogenes: Son genes que, cuando están mutados o sobre expresados, promueven el crecimiento y la división descontrolada de las células, lo que puede llevar al desarrollo de cáncer.

Virus provocan cáncer de tres maneras:

• La presencia del ADN viral altera las funciones del ADN huésped.
• El virus al usar las proteínas de la célula huésped, afecta la regulación de los genes del huésped.
• Los retrovirus generalmente provocan cáncer, también son vectores de la inserción de oncogenes.

Islas de Patogenicidad

Es una fracción de ADN del genoma de un microorganismo patógeno que le faculta como virulento, tiene origen de transferencia horizontal y alberga secuencias codificantes de adhesinas, contiene grupos de genes que codifica numerosos factores de virulencia.

Transformación

Intercambio genético producido cuando la bacteria es capaz de captar fragmentos de ADN de otra bacteria, hay penetración de ADN, hay recombinación, capacidad de resistencia a antimicrobianos.

CRISPR-Cas9

Es una herramienta de edición genética que permite realizar cortes precisos en el ADN para eliminar, insertar o modificar secuencias genéticas.

1. Primero: Identificación del ADN objetivo: Utilizando un ARN guía, que se empareja con la secuencia de ADN que se desea modificar (ARN guía es la base complementaria del ADN objetivo).
2. Segundo: Asociación con el CAS9: El ARN guía se une con la enzima CAS9, una nucleasa (tijera molecular) que realiza el corte del ADN. El ARN guía junto al CAS9, buscan la secuencia objetivo.
3. Tercero: Reconocimiento y corte: Cuando el Cas9 y el ARN guía encuentran el ADN diana, Cas9 realiza un corte en ambas hebras de ADN en ese sitio específico.
4. Cuarto: Reparación del ADN: Una vez hecho el corte, la célula intenta reparar el ADN.

Aplicaciones del CRISPR-Cas9

• Edición genética en organismos modelo y cultivos para estudiar la función de genes específicos.
• Modificación de cultivos agrícolas para mejorar resistencia a enfermedades o propiedades nutricionales.

Problemas del Uso de CRISPR-Cas9

• Ediciones fuera del objetivo: Al tener un ARN guía puede unirse a una secuencia repetitiva y terminaría por cortar otra secuencia, que podría desencadenar una mutación o una inactivación.
• Falta de precisión.

Vectores Genéticos

Es una molécula de ADN, funciona como un «vehículo» que lleva y replica un fragmento de ADN en una célula huésped.

• Plásmidos: Pequeñas secuencias de ADN, autorreplicación.
• Bacteriófagos: Modificados para llevar material genético.
• Cósmidos: Vectores híbridos que combinan características de los plásmidos y los fagos.
• YACs y BACs (Cromosomas Artificiales de Levadura y Bacterias): Pueden llevar fragmentos de ADN mucho más largos.

Plásmido BR 322: Bacteriófagos Lambda

ADN de doble cadena, es un virus que infecta bacterias.