Clase 4. Fundamentos de genética bacteriana.pptx

Clases fundamentos de la genética

1. CB319- MICROBIOLOGÍA UNIDAD 2 CLASE 4 Fundamentos de genética bacteriana Instituto de Ciencias Naturales

2. Requisitos de contenido para archivo de PowerPoint en aula virtual Facultad Escuela Instituto de Ciencias Naturales RESULTADOS DE APRENDIZAJE Los resultados de aprendizaje de esta sesión son: RAA1 Explicar las características y tipos de microorganismos para la fundamentación de su importancia para otros seres vivos y el entorno. RAA2 Relacionar los componentes estructurales de las células procariontes con su función para la descripción de las actividades bacterianas. RAA4 Contrastar los diferentes mecanismos de transferencia genética en procariontes para la fundamentación de su rol en la variabilidad y diversidad genética.

3. Desarrollaremos los siguientes contenidos: CONTENIDOS Instituto de Ciencias Naturales Cromosoma bacteriano, DNA extracromosómico y DNA móvil Variaciones del material genético: tipos de mutaciones Intercambio genético entre bacterias

4. VIRUS DE BACTERIAS (BACTERIÓFAGOS) Contienen genomas que controlan su propia replicación y transferencia de célula a célula. Genomas: DNA o RNA, hebra simple o doble, lineales o circulares. Poseen una forma extracelular. Quieres profundizar este contenido. Revisa el siguiente video Requisitos de contenido para archivo de PowerPoint en aula virtual Facultad Escuela Instituto de Ciencias Naturales CONCEPTOS UTILES Genoma: Dotación completa de genes de una célula o virus. Gen : Segmento de DNA que especifica una proteína ( cadena de polipéptidos). Genética : Estudio de los mecanismos por los cuales los caracteres pasan de un organismo a otro. Elemento genético : Estructura con información genética (cromosoma, plásmido, genoma viral, genomas de orgánulos, elementos transponibles). Cromosoma : Elemento genético normalmente circular en procariotas, que contiene los genes esenciales para la actividad celular. TEMA 1: CROMOSOMA BACTERIANO, DNA EXTRACROMOSÓMICO y DNA M ÓVIL ACTIVACION: ¿CUÁNTOS GENES TIENE UNA CÉLULA BACTERIANA? https://bit.ly/3LvyKnK Muy variable Los genomas de algunos procariotas son el triple de grandes, mientras que los de otros contienen hasta veinte veces menos genes. DISCUSION: A partir de la lectura previa, discute algunos elementos del texto genera una nube de conceptos en mentimeter que requieran profundización o generen interés. (15 minutos)

5. Requisitos de contenido para archivo de PowerPoint en aula virtual Facultad Escuela Instituto de Ciencias Naturales TEMA 1: ELEMENTOS GENÉTICOS EXTRACROMOSÓMICOS 1. PLÁSMIDO E lemento genético extracromosómico Confieren propiedades especiales a la célula (capacidades metabólicas, resistencia antimicrobiana, virulencia), en lugar de genes de mantención. Se replica independientemente del cromosoma (origen de replicación propio ORI). Mayoría: Doble hebra y circulares (unión covalente). Generalmente únicos por bacteria (existen excepciones). Tamaño: <10 kb a 400 kb Megaplásmidos ( Plásmidos conjugativos vs plásmidos no conjugativos Genes tra : genes de transferencia en plásmidos conjugativos (> tamaño ) RECUERDA: La mayoría de los genes cromosomales son esenciales para la supervivencia básica de la célula (genes de mantención); en cambio los plásmidos son normalmente prescindibles y rara vez contienen genes de mantención. Los plásmidos generalmente son beneficiosos para la bacteria y no poseen forma extracelular. Mapa genético – Plásmido R100 mer : Resistencia a Mercurio sul : Resistencia a Sulfonamida str : Resistencia a Estreptomicina cat : Resistencia a Cloranfenicol tet: Resistencia a Tetraciclina oriT : Origen transf. conjugación IS : Secuencias de inserción Tra : Genes de Transferencia Funciones de replicación entre los 80 y 92bp.

6. A través de la secuenciación del genoma completo se ha visto que los cromosomas bacterianos están repletos de estos elementos . Requisitos de contenido para archivo de PowerPoint en aula virtual Facultad Escuela Instituto de Ciencias Naturales ELEMENTOS DE DNA MÓVIL 2. DNA MÓVIL: Elementos transponibles : transposones y secuencias de inserción). Genomas víricos integrados. Desempeñan un papel importante en la evolución del genoma. Segmentos de DNA que se mueven de un sitio de una molécula a otro, en las mol éculas de DNA hospedador. ELEMENTOS GEN ÉTICOS TRANSPONIBLES No existen como moléculas independientes de DNA. Probablemente desempeñan un importante rol fisiológico en la variación genética y evolución de procariontes. Incapaces de auto-replicarse : deben existir en el cromosoma, genoma v írico o plásmidos ( ORI ), para replicarse y mantenerse en la población bacteriana. Siempre están insertos en otras moléculas de DNA, como cromosomas, los plásmidos, los genomas víricos , y cualquier otro tipo de molécula de DNA.

7. Requisitos de contenido para archivo de PowerPoint en aula virtual Facultad Escuela Instituto de Ciencias Naturales TRANSPOSONES Y SECUENCIAS DE INSERCIÓN Desplazamiento entre diferentes moléculas de DNA hospedador, como cromosomas, plásmidos y virus, por la actividad de la enzima transposasa . Enzima transposasa : Enzima que cataliza la inserci ón de fragmentos de DNA dentro de otra molécula de DNA. DNA M ÓVIL : ELEMENTOS GENÉTICOS TRANSPONIBLES Son una fuente de diversidad al genoma sobre la que puede actuar la selección natural Cambios a pequeña escala: Pueden recoger y transferir horizontalmente genes (resistencia antimicrobiana, producción de toxinas, etc.) Cambios a gran escala: Recombinación (deleciones, inversiones o translocaciones) Bacteria ancestral Bacteriófago lisogénico Plásmido Transposón Los reordenamientos cromosómicos que se acumulan en las bacterias cuando crecen en condiciones de estrés suelen estar flanqueadas por repeticiones o secuencias de inserción

8. Requisitos de contenido para archivo de PowerPoint en aula virtual Facultad Escuela Instituto de Ciencias Naturales DNA M ÓVIL : ELEMENTOS GENÉTICOS TRANSPONIBLES TRANSPOSONES De mayor tamaño que IS. Pueden moverse entre especies bacterianas o transponerse de un sitio a otro dentro del genoma de una misma bacteria. Componentes: Repeticiones invertidas en ambos extremos Gen que codifica la transposasa La transposasa reconoce las repeticiones invertidas y mueve el segmento de DNA flanqueado por ellas de un sitio a otro. Por consiguiente, cualquier DNA que se encuentra entre las dos repeticiones invertidas se mueve y forma parte del transposón. SECUENCIAS DE INSERCIÓN (IS) Más sencillos. Segmentos cortos de DNA que contienen: Repeticiones invertidas en los extremos Gen que codifica la transposasa Genes adicionales: Genes de resistencia antimicrobiana genes tra (transposón conjugativo)

9. Requisitos de contenido para archivo de PowerPoint en aula virtual Facultad Escuela Instituto de Ciencias Naturales B) CAMBIO EN EL MARCO DE LECTURA: ADICI ÓN O DELECIÓN TEMA 2: TIPOS DE MUTACIÓN Es el cambio heredable que se produce en la secuencia de nucleótidos del genoma de un organismo. LEA – RIE – TIA – OLA L E E – ARI – ETI – AOL -A ¿Qué es un marco de lectura? Mutación de cambio de sentido Mutación sin sentido Mutación silenciosa Salvaje CAMBIO PROTEINA Defectuosa Incompleta Normal Normal A) SUSTITUCIÓN DE PARES DE BASES: Tres posibles productos proteicos son posibles con el cambio de un solo codon. Los cambios de marco de lectura en el RNA causados por inserción o deleción. La lectura comienza en el extremo 5’ (a la izquierda en la figura) y procede por unidades de 3 bases (codón – codones) El marco normal se define como cero, indicando +1 para bases adicionales y -1 para las eliminadas.

10. Requisitos de contenido para archivo de PowerPoint en aula virtual Facultad Escuela Instituto de Ciencias Naturales Los experimentos se hacen más fácilmente con bacterias que con otros microorganismos, porque se reproducen rápidamente y pueden emplearse si dificultad un número grande de organismos. Además como la mayoría de las bacterias poseen sólo una copia de cada gen por célula , los efectos de un gen mutado no pueden ser enmascarados, por la presencia de una versión normal del gen. MUTACIONES Las mutaciones pueden detectarse analizando o seleccionando un fenotipo alterado

11. Requisitos de contenido para archivo de PowerPoint en aula virtual Facultad Escuela Instituto de Ciencias Naturales MUTACIÓN: SELECCIÓN DE MUTANTES 1. Seleccione y transfiera colonias a un medio sin inocular 2. Incube y examine sus placas Medio completo Medio Selectivo Todas las colonias crecen Mutantes no crecen Mondadientes esteril Placa maestra (Crecimiento en medio completo) EN BUSQUEDA DE MUTANTES AUXOTROFOS La técnica de réplica en placa es utilizada para la detección de mutantes nutricionales, las colonias obtenidas en la placa maestra se siembran de manera ordenada en dos cuadriculas dispuestas en placas de agar, una conteniendo todos los nutrientes y otra que carece de un nutriente especifico (en este caso leucina) las colonias que no crecen en el medio selectivo pueden recuperarse desde el medio completo, estas corresponden a mutantes autótrofas para este nutriente (las cepas salvajes son prototrofas)

12. Requisitos de contenido para archivo de PowerPoint en aula virtual Facultad Escuela Instituto de Ciencias Naturales ____segmento de DNA que especifica la secuencia de una proteína ____ corresponde a estructuras con información genética ____ confiere propiedades especiales, se replica independientemente ____ no existen como moléculas independientes de DNA ____ elementos de DNA móvil que usan la enzima transposasa ____ segmentos cortos de DNA que contienen, repeticiones invertidas en los extremos ____ elemento genético que requieren de la enzima integrasa. ____ cambio heredable que se produce en la secuencia de nucleótidos del genoma Elemento genético Elementos transponibles Plásmido Integrones Transposones Mutaciones Secuencias de inserción Gen Responde de acuerdo a las instrucciones de tu docente E n sesión online o hibrida, recuerda solicitar la palabra mediante el botón “levantar la mano”) PREGUNTA DE CONTROL Y PARTICIPACION – TEMA 1-2 H A C B E G I F

13. Requisitos de contenido para archivo de PowerPoint en aula virtual Facultad Escuela Instituto de Ciencias Naturales TEMA 3: INTERCAMBIO GENÉTICO ENTRE BACTERIAS “La evolución está basada en la transferencia de rasgos genéticos de una generación a la siguiente” - Biología de los microorganismos TRANSFERENCIA VERTICAL DE GENES : Herencia. Proceso habitual en el que el genoma es transferido de una célula madre a una célula hija. TRANSFERENCIA HORIZONTAL DE GENES : Transferencia lateral de genes (bacterias de la misma generaci ón) . Se produce cada vez que los genes son transferidos de una célula a otra de modo diferente al proceso habitual de herencia, incluso cruzando barreras de dominios filogen éticos. DESTINO DEL DNA TRANSFERIDO Degradación por enzimas de restricción. Autorreplicarse : S ólo si tiene su propio origen de replicación (fagos y plásmidos). Recombinaci ón : Integración al cromosoma del hospedador. Trasferencia Vertical de genes Trasferencia Horizontal de genes

14. Requisitos de contenido para archivo de PowerPoint en aula virtual Facultad Escuela Instituto de Ciencias Naturales INTERCAMBIO GENÉTICO ENTRE BACTERIAS TRANSFERENCIA HORIZONTAL DE GENES Proceso por el que los elementos genéticos contenidos en dos genomas separados se juntan en una unidad. Trae como consecuencia un cambio Se transfieren genes completos o grupos de genes. El material genético puede transferirse entre bacterias de varias formas: Transformación Transducción Conjugación Fusión de membranas En todos los casos, la transferencia implica: Una célula donadora Una célula receptora

15. Requisitos de contenido para archivo de PowerPoint en aula virtual Facultad Escuela Instituto de Ciencias Naturales INTERCAMBIO GENÉTICO ENTRE BACTERIAS CARACTERÍSTICAS Unidireccional (Donante a receptor) Horizontal (entre bacterias de la misma generación) Donante no cede el cromosoma completo La transferencia genética puede ocurrir entre especies La transferencia de material genético entre bacterias NO es un proceso frecuente, sino que sólo ocurre quizás en un 1% o menos de la población total. Mientras que la mutación solo supone un pequeño cambio genético en la célula, la recombinación genética genera normalmente cambios mucho mayores. En su conjunto, la mutación y la recombinación son las impulsoras del proceso evolutivo.

16. Requisitos de contenido para archivo de PowerPoint en aula virtual Facultad Escuela Instituto de Ciencias Naturales En el proceso de transformación los genes se transfieren de una bacteria a otra como ADN “desnudo”, en solución. Una de ellas, una estirpe virulenta , tenía cápsula y producía neumonía. La segunda, una cepa avirulenta , carecía de cápsula y no causaba enfermedad. TRANSFORMACI Ó N BACTERIANA Griffith estaba interesado en averiguar si las inyecciones de neumococos virulentos muertos por calor podían emplearse para vacunar al ratón frente a la neumonía. El experimento inicial fue realizado por Frederick Griffith en Inglaterra en 1928, mientras trabajaba con dos cepas de Streptococcus pneumoniae .

17. Requisitos de contenido para archivo de PowerPoint en aula virtual Facultad Escuela Instituto de Ciencias Naturales Otras bacterias pueden encontrarlo y, dependiendo de la especie en particular, y de las condiciones de crecimiento incorporar fragmentos de ADN a su citoplasma ( COMPETENCIA ) y recombinarlo con el ADN de su propio cromosoma. Una célula receptora con esa nueva combinación es un tipo de célula híbrida o recombinante TRANSFORMACI Ó N BACTERIANA Entre los caracteres cuya transformación ha sido estudiada se encuentra: Factores de Virulencia Factores de Patogenicidad Resistencia a antimicrobianos Requerimientos nutricionales Formación de pigmentos En la naturaleza algunas bacterias , quizás después de la muerte y lisis celular, liberan su ADN al medio ambiente . La competencia está relacionada con: Alteraciones de la pared celular Síntesis de receptores específicos

18. Requisitos de contenido para archivo de PowerPoint en aula virtual Facultad Escuela Instituto de Ciencias Naturales La conjugación está mediada por Plásmidos Los plásmidos responsables de la conjugación pueden transmitirse de una célula a otra durante la conjugación. A nivel clínico es la de mayor importancia. 2. CONJUGACIÓN BACTERIANA El plásmido contiene genes que codifican la síntesis de los pili que entran en contacto con la receptora y ayudan a mantenerlas ambas en contacto directo En E. coli el factor F fue el primer plásmido del que se observó su transferencia en células durante la conjugación. TIPOS DE PLASMIDOS CONJUGATIVOS PLÁSMIDOS R , que codifican una o más resistencias a drogas (antibióticos) y/o resistencia a metales pesados. PLÁSMIDOS BACTERIOCINOGÉNICOS , que codifican alguna bacteriocina y simultáneamente confieren inmunidad frente a esa bacteriocina a la bacteria que lo posee . Dentro de ellos, de los más estudiados son los plásmidos Col , que producen colicinas (bacteriocina de E. coli). PLÁSMIDOS DE VIRULENCIA , que codifican funciones relacionadas con la virulencia en muchas bacterias patógenas. Por ejemplo: plásmido de la toxina tetánica en Clostridium tetani. plásmido de la toxina del ántrax en Bacillus anthracis La conjugación requiere contacto directo entre células Las células que conjugan deben ser de “complementarias” L as células donadoras deben llevar el plásmido y las receptoras no .

19. Requisitos de contenido para archivo de PowerPoint en aula virtual Facultad Escuela Instituto de Ciencias Naturales En algunas células portadoras del factor F, éste está Integrado en su cromosoma dando lugar a una célula Hfr ( High frecuency of recombination / Alta frecuencia de recombinación ). Por el proceso de conjugación entre una célula Hfr y una F - , la célula F - Puede adquirir nuevas versiones de los genes cromosómicos (al igual que en la transformación). 2. CONJUGACIÓN BACTERIANA

20. Requisitos de contenido para archivo de PowerPoint en aula virtual Facultad Escuela Instituto de Ciencias Naturales El ADN pasa dentro de un virus bacteriano, llamado BACTERIÓFAGO , desde la célula donadora hasta la receptora 3. TRANSDUCCIÓN BACTERIANA Existen dos tipos de Transducción: GENERALIZADA — de baja frecuencia. ESPECIALIZADA — de alta frecuencia, requiere una integración específica.

21. Requisitos de contenido para archivo de PowerPoint en aula virtual Facultad Escuela Instituto de Ciencias Naturales 3A. TRANSDUCCIÓN GENERALIZADA (a) fago virulento.  (b) realiza ciclo lítico.  (c) cualquier parte del cromosoma puede ser transferido. (a) fago temperado. (b) realiza ciclo lisogénico. (c) solamente secciones específicas de cromosoma pueden ser transportados 3B. TRANSDUCCIÓN ESPECIALIZADA 3. TRANSDUCCIÓN BACTERIANA

22. Requisitos de contenido para archivo de PowerPoint en aula virtual Facultad Escuela Instituto de Ciencias Naturales PREGUNTA DE CONTROL Y PARTICIPACION – TEMA 3 DNA EXOGENO BACTERIOFAGOS PLASMIDOS MUTAGENOS Conjugación Transformación Transducción Responde de acuerdo a las instrucciones de tu docente en sesión online o hibrida, recuerda solicitar la palabra mediante el botón “levantar la mano”) A B C

23. Requisitos de contenido para archivo de PowerPoint en aula virtual Facultad Escuela Instituto de Ciencias Naturales Referencias Bibliográficas BÁSICA Madigan, Michael T. Brock : biología de los microorganismos Madrid: Pearson Addison Wesley, 2009. 9788478290970 Jawetz, Ernest. Microbiología Médica México: McGraw Hill, c2011.  9786071505033  Tortora, Gerard J. Introduccion a la Microbiologia Buenos Aires: Médica Panamericana, 2007. 9789500607407 COMPLEMENTARIA Atlas, Ronald M. Ecología microbiana y microbiología ambiental Madrid: Addison-Wesley, 2002. 9788478290390 Nath Swapan k Microbiología basada en la resolución de problemas Madrid : Elsevier, c2007 9780721606309   Koneman, Elmer W. Diagnóstico microbiológico: Texto y atlas color Buenos Aires: Médica Panamericana, 1999. 9789500612500 Murray, Patrick R. Microbiología médica Barcelona: Elsevier, c2009. 9788480864657 Quinn, P. J. Elementos de microbiología veterinaria Zaragoza: Acribia, 2005. 9788420010571 Gamazo, Carlos. Manual práctico de microbiología Barcelona: Elsevier/Masson, 2009. 9788445815199