Genética Microbiana
La genética microbiana es la disciplina que estudia los mecanismos por los cuales los caracteres pasan de un organismo a otro y cómo se expresan. Permite entender:
- Los mecanismos moleculares que permiten que la célula funcione.
- La variabilidad de los organismos y la evolución de las especies.
Gen
Un gen es la unidad de almacenamiento de información genética y la unidad de herencia al transmitir esa información a la descendencia. Es una secuencia ordenada de nucleótidos en la molécula de ADN (o ARN en el caso de algunos virus), que contiene la información necesaria para la síntesis de una macromolécula con una función celular específica, como:
- Proteínas
- ARNm, ARNr, ARNt
Genes
Los genes codifican la estructura de un único polipéptido o proteína. Un polipéptido está compuesto por aminoácidos unidos por un enlace peptídico.
Recombinación Genética
La recombinación genética es el proceso por el cual los elementos genéticos contenidos en dos genomas separados se juntan en una unidad. Los elementos asociados pueden llevar a cabo una nueva función o adaptación a cambios ambientales. Generalmente, lleva a cambios mayores que la mutación.
Transferencia Genética
La transferencia genética es el movimiento de material genético entre bacterias. Es unidireccional, de una célula donadora a una célula receptora. La transferencia del genoma (cromosoma) de una célula a otra es parcial. Una vez introducido el material genético de la célula donadora en la receptora, ocurre la recombinación (genoma donadora + genoma aceptora).
Proceso de Transferencia Genética
- Células Eucariotas: Diploidía total
- Células Procariotas: Diploidía parcial (merodiploidía). La célula bacteriana con diploidía parcial (proceso transitorio) se denomina merodiploide o merozigoto.
Existen tres mecanismos de transferencia genética:
- Transformación
- Conjugación
- Transducción
Transformación
En la transformación, los genes se transfieren de una bacteria a otra como ADN desnudo a partir del medio, por parte de una célula receptora.
Entre los caracteres cuya transformación ha sido estudiada se encuentran:
- Formación de cápsula
- Requerimientos nutricionales
- Patogenicidad
- Formación de pigmentos
- Resistencia a antimicrobianos
Conjugación
La conjugación es la transferencia directa de material genético desde una célula donadora a otra receptora, por medio de contactos íntimos entre ambas (puentes de unión). Este proceso es mediado por plásmidos, los cuales se transmiten de una célula a otra. Es un proceso poco frecuente.
Plásmidos
Los plásmidos son unidades de información genética extracromosómicos. Algunos pueden incluirse en el genoma bacteriano (episoma). Codifican información no esencial para la viabilidad de la bacteria y se replican de forma independiente del cromosoma. Carecen de una presentación extracelular. Los plásmidos conjugativos poseen mecanismos de transferencia entre diferentes bacterias.
Los plásmidos contienen genes que codifican la síntesis de los pilis sexuales, que son proyecciones de la superficie de la célula donadora que entran en contacto con la célula receptora y mantienen a las células en contacto directo.
Requerimientos de la Conjugación
- Contacto directo entre células
- Las células donadoras deben presentar plásmidos y la receptora no.
- Células conjugadas de “tipo sexual” opuesto.
Interés Clínico de los Plásmidos
Los plásmidos, particularmente los plásmidos R, son de interés clínico debido a su implicación en la resistencia a antibióticos. Descubiertos en cepas bacterianas entéricas, los plásmidos R codifican proteínas que inactivan el antibiótico, afectan el transporte al interior de la célula, la producción de toxinas y la síntesis de estructuras de adhesión. Su prevalencia se correlaciona con el amplio uso de antibióticos.
Transducción
La transducción es la transferencia de fragmentos de ADN desde la bacteria dadora a la receptora a través de un virus bacteriano (bacteriófago o fago) que actúa como vector. Los bacteriófagos son elementos que invaden bacterias y pueden llevar material genético extracromosómico. Son agentes infecciosos que se replican como parásitos intracelulares obligados dentro de las bacterias.
Tipos de Transducción
Transducción Generalizada
Es un proceso de baja frecuencia que involucra un fago virulento que realiza un ciclo lítico. Cualquier parte del cromosoma puede ser transferida.
Transducción Especializada
Es un proceso de alta frecuencia que involucra un fago temperado (atenuado) que realiza un ciclo lisogénico. Secciones específicas de cromosomas pueden ser transportadas.
Mutaciones Bacterianas
Una mutación bacteriana es un cambio hereditario en la secuencia de bases del ácido nucleico que constituye el genoma de un organismo. Un mutante es una cepa que lleva este tipo de cambio y difiere de su cepa parental en su genotipo (conjunto de genes en el organismo), aunque también puede alterar el fenotipo (fenotipo mutante). Un mutágeno es un agente químico, físico o biológico que puede incrementar la velocidad de mutación.
Tipos de Mutaciones
- Inducidas: Causadas por un mutágeno, ya sea químico (ej. ácido nitroso, bromuro de etidio), físico (ej. rayos UV, rayos X) o biológico.
- Espontáneas: Ocurren en la naturaleza sin ser provocadas, por ejemplo, por la radiación natural, que altera la estructura de las bases del ADN.
Las bacterias pueden utilizarse como agentes analíticos para detectar la mutagenicidad potencial de sustancias químicas. Esto es importante porque los mutágenos químicos pueden ser posibles carcinógenos. El Test de Ames es un ensayo biológico para evaluar el potencial mutagénico de compuestos químicos.