Diapositivas sobre las mutaciones de bacterias

Genetica microbiana, exposición sobre mutaciones genética microbiana

1. 6. MUTACIONES Por la rapidez en su multiplicación, se eligen las bacterias como material para los estudios genéticos. En un pequeño volumen forman enormes poblaciones cuyo estudio evidencia la aparición de individuos que tienen propiedades nuevas. Se explica este fenómeno gracias a dos procesos comunes a todos los s o, traducidas por la aparición brusca eres vivos: las variaciones del genotipo de un carácter transmisible a la descendencia, y las variaciones fenotípicas, debidas al medio, no transmisibles y de las que no es apropiado hablar en genética. Las variaciones del genotipo pueden provenir de mutaciones, de transferencias genéticas y de modificaciones extracromosómicas .

2. Variabilidad genética La variabilidad genética se refiere a la variación en el material genético de una población o especie, e incluye los genomas nuclear, mitocondrial y ribosomal , además de los genomas de otros orgánulos. La variabilidad genética nueva puede estar causada por mutaciones, recombinaciones y alteraciones en el cariotipo (el número, forma, tamaño y ordenación interna de los cromosomas). Los procesos que afectan la variabilidad genética son la selección natural y la deriva genética. 6.1 FENOTIPO Y GENOTIPO

3. Variaciones Fenotípicas El fenotipo constituye la expresión del genotipo y esta expresión generalmente está influenciada por el ambiente, el color de los ojos, la estatura, etc. Las variaciones fenotípicas que presentan los individuos guardan estrecha relación con el ambiente. Las variaciones fenotípicas, son aquellas variaciones originadas por el genotipo, el ambiente y la interacción entre el genotipo y el ambiente 6.1 FENOTIPO Y GENOTIPO

4. Mutación es cualquier alteración de la secuencia de bases de un segmento de ADN correspondiente a un gen o a un locus , aun cuando esta alteración no se refleje en forma de cambio fenotípico observable o detectable. Una Cepa que lleva este tipo de cambio se denomina un mutante . Por definición, un mutante difiere de su cepa parental en el genotipo , es decir, en el conjunto de genes del organismo. Para detectar intercambio genético entre dos organismos es necesario emplear marcadores genéticos cuya transferencia pueda ser detectada. A estos efectos se utilizan cepas genéticamente alteradas, siendo estas alteraciones debidas a una o unas pocas mutaciones en el DNA del organismo. Pero, además, las propiedades observables del mutante, su fenotipo , pueden también estar alteradas en relación con la cepa parental. Uno se refiere a este fenotipo alterado como fenotipo mutante. Normalmente, una cepa aislada de la naturaleza se considera una cepa silvestre. 6.1 FENOTIPO Y GENOTIPO

5. Aunque el rastreo es siempre más tedioso que la selección, para cierto tipos de mutaciones existen métodos que permiten el rastreo de gran numero de colonias. Por ejemplo, se pueden detectar mutantes nutricionales por la técnica de la replica en placa A partir de una placa original y con el uso de un terciopelo o filtro de papel estéril, se hace una impresión en otra placa de agar que carezca del nutriente en cuestión. Las colonias del tipo parental crecerán normalmente, mientras las del mutante no. Por tanto, la incapacidad de una colonia para crecer en la placa replica es una señal de que es un mutante. 6.2-MUTACIONES AUXOTRÓFICAS

6. La colonia de la placa muestra que corresponda al espacio vacío en la placa réplica puede ser recogida, purificada y caracterizada. Un mutante nutricional que tenga un requerimiento por un factor de crecimiento se suele denominar auxótrofo , y la cepa parental de Ia que deriva se denomina prototrofo . 6.2-MUTACIONES AUXOTRÓFICAS

7. Un método ingenioso y ampliamente usado para aislar auxotrofos es el método de selección con penicilina. Por lo general, los mutantes que requieren factores de crecimiento tienen desventajas competitivas respecto a las células parentales, y no existe un método directo para aislarlas. Sin embargo, la penicilina mata solamente a las células que es tán creciendo, y si se añade a una población que está cre ciendo en un medio que carece del factor de crecimiento requerido por el mutante deseado, morirán las células parentales sin que resulten afectadas las células del mutante que no crecen. + leucina - leucina 6.2-MUTACIONES AUXOTRÓFICAS

8. Así, tras una incubación preliminar en ausencia del factor de crecimiento en un medio con penicilina, la población se lava para eliminar el antibiótico y se transfiere a placas con el factor de crecimiento. Entre las colonias que crecen (incluyendo algunas células silvestres que han escapado de los efectos de la penicilina) deben encontrarse algunos mutantes para ese factor de crecimiento. La selección con penicilina es un tipo de selección negativa; la selección no favorece al mutante sino que perjudica al tipo parental o Silvestre. 6.2-MUTACIONES AUXOTRÓFICAS

9. 6.3- Concepto de mutación Por convención, en genética bacteriana, el genotipo de un organismo se designa por tres letras minúsculas seguidas de una mayúscula (todas en cursiva) que indican el gen particular implicado. Por ejemplo, el gen HisC de Escherichia coli codifica para una proteína que se denomina HisC . Mutantes pigmentados y no pigmentados del hongo Aspergillus nidulans . Cualquier característica de un organismo puede ser cambiada por mutación. Sin embargo, algunas mutaciones son seleccionables , confiriendo algún tipo de ventaja a los organismos que la poseen, mientras que otras son no seleccionables , incluso aunque causen un cambio claro en el fenotipo de un organismo. Un ejemplo de mutación no seleccionables es la pérdida del color de un organismo pigmentado. Podemos detectar tales mutaciones tan s0lo examinando un gran número de colonias y buscando las diferentes, un proceso denominado rastreo( screening ). Nótese que el color aparente de una colonia no tiene por que ser debido a la producción de un pigmento.

10. Desarrollo de mutantes resistentes a antibiótico dentro de la zona de inhibición. Los mutantes no seleccionables deben detectarse por rastreo de grandes poblaciones de organismos, y los fenotipos mutados pueden no ser tan fáciles de reconocer como la diferencia entre colonias pigmentadas y no pigmentadas. Por una parte, una mutación seleccionable confiere al mutante una ventaja bajo ciertas condiciones ambientales, de manera que la progenie del mutante pueda ser capaz de superar el crecimiento de la cepa parental y reemplazarla . Un ejemplo de mutación seleccionable es la resistencia a una droga: un mutante resistente a un antibi6tico puede crecer en presencia de concentraciones de antibiótico que inhi ben o matan la cepa parental. 6.3- Concepto de mutación

11. Fenotipo Naturaleza del cambio Detección del mutante Auxotrofo Pérdida de una enzima en una vía biosintética Incapacidad para crecer en medio sin el nutriente Sensible al frío Alteración de una proteína esencial de modo que se inactiva a baja temperatura Incapacidad para crecer a una temperatura baja (20) a la que crece normalmente Resistente a drogas Alteración en la permeabilidad a la droga, Modificación de su diana o detoxificación del compuesto Crecimiento en medio que contiene una concentración inhibitoria de la droga No capsulado Pérdida o modificación de la cápsula Colonias pequeñas y rugosas en lugar de grandes y lisas Inmóvil Pérdida de flagelos; flagelos no funcionales Colonias compactas en lugar de planas y extendidas No pigmentado Pérdida de una enzima de la ruta biosintética que ocasiona la pérdida de uno o más pigmentos Presencia de un color diferente o falta de color Colonia rugosa Pérdida o cambio en el lipopolisacárido de la membrana externa Colonias granulares e irregulares en lugar de lisas y brillantes Fermentación de azúcares Pérdida de una enzima de una vía degradativa Pérdida de cambio de color en medio conteniendo el azúcar y un indicador de pH Sensible a temperatura Alteración de una proteína esencial de modo que se hace sensible a la temperatura Incapacidad para crecer a una temperatura que normalmente permite el crecimiento (40)pero aún capaz de crecer a temperaturas más bajas (30) Resistencia a virus Pérdida del receptor del virus Crecimiento en presencia de grandes cantidades de virus TIPOS DE MUTANTES 6.3- Concepto de mutación

12. Las mutaciones pueden ser Las mutaciones pueden ser (según la cantidad de ADN que afecte) Espontaneas Inducidas Mutaciones puntuales (par de bases de nucleótidos) Mutaciones cromosomales (trozo de ADN) Mutaciones genómicas (cromosomas completos) 6.4 Tipos de mutaciones

13. Las mutaciones que implican un par de bases (o unos pocos bases), se conocen generalmente como mutaciones puntuales. Las mutaciones puntuales pueden ser resultado de sustituciones de pares de bases en el DNA o de la inserción o deleción de un par de bases ( microinserciones o microdeleciones ). Como en toda mutación, el cambio fenotípico derivado de una mutación puntual depende de dónde ocurra exactamente la mutación en el gen, qué cambio de nucleótidos tuvo lugar, y qué producto codifica dicho gen. 6.4 Tipos de mutaciones

14. 6.4 Tipos de mutaciones

15. 6.4 Tipos de mutaciones

16. Como el código genético se lee desde un extremo en bloques consecutivos de tres bases, cualquier deleción o inserción de un par de bases origina un desfase en el marco de lectura y la traducción del gen es completamente alterada Es importante recordar que las microinserciones o microdeleciones sólo son mutaciones por desfase si tienen lugar en la parte que incluye el marco de lectura de un gen que codifica una proteína. la inserción de una sola base en el promotor de un gen podría originar un cambio dramático en la capacidad funcional del gen (debido al incremento o disminución de su expresión o a cambios en su regulación), pero no seria una mutación por desfase. (De manera similar, sustituciones de pares de bases que no estén dentro de marcos de lectura no son mutaciones de sentido erróneo o mutaciones sin sentido.) 6.4 Tipos de mutaciones

17. 6.4 Tipos de mutaciones

18. Las mutaciones espontáneas pueden surgir como conse­cuencia de la acción de la radiación natural (por ejemplo, ra­yos cósmicos) que alteran la estructura de las bases del DNA. Las mutaciones espontáneas pueden ocurrir duran­te la replicación, como resultado de errores en el aparea­miento de las bases, originando cambios en el DNA replicado. 6.4 Tipos de mutaciones

19. 6.5-AGENTES MUTAGÉNICOS Existen agentes mutagénicos Físicos Químicos Biológicos

20. 6.5-AGENTES MUTAGÉNICOS

21. 6.5-AGENTES MUTAGÉNICOS Mutágenos físicos: son radiaciones que pueden alterar la secuencia y estructura del ADN. Son ejemplos la radiación ultravioleta que origina dímeros de pirimidina (generalmente de timina ), y la radiación gamma y la alfa que son ionizantes .También se considerar agentes físicos los ultrasonidos,con 400.000 vibraciones por segundo,que han inducido mutaciones en Drosophila y en algunas plantas superiores, y centrifugación, que también producen variaciones cromosómicas estructurales.

22. 6.5-AGENTES MUTAGÉNICOS Mutágenos químicos: son compuestos químicos capaces de alterar las estructuras del ADN de forma brusca, como por ejemplo el ácido nitroso (agente desaminizante ), brominas y algunos de sus compuestos La mutagénesis química se descubrió en 1942 cuando Carlota Averbach y J. M. Robson descubrieron que la mostaza nitrogenada (un ingrediente de los gases asfixiantes que se han utilizado en las guerras) producía mutaciones. Al final de la Segunda Guerra Mundial se conocían de 30 a 40 compuestos mutagénicos . Actualmente hay más de 6 millones de sustancias químicas de ese tipo, de los que 500.000 se utilizan en los procesos de fabricación

23. 6.5-AGENTES MUTAGÉNICOS Análogos de bases Estos análogos de bases o tautómeros tienen similitud estructural con las bases nitrogenadas, como por ejemplo el 5-bromouracilo o la 2-aminopurina, que se incorporan en el ADN que se replica en lugar de las bases correspondientes timina y adenina. Cuando uno de estos análogos de bases se introducen en el ADN, la replicación ocurre normalmente aunque se pueden producir errores de lectura que resultan en la incorporación de bases erróneas en la copia de ADN. Es decir, el 5-bromouracilo es un análogo de la timina que contiene bromo en la posición del carbono-5 en lugar del grupo CH3 que aparece en la timina.La estructura normal (forma ceto ) del 5-BU empareja con la adenina;sin embargo,el 5-BU puede cambiar con frecuencia a la forma enol o a una forma ionizada que empareja con la guanina.Ésta en otra replicación se apareará con su correspondiente citosina. Por lo tanto, se ha producido una transición de AT a GC

24. 6.5-AGENTES MUTAGÉNICOS Agentes desaminantes o alquilantes Estos quimicos modifican los grupos laterales de bases. Esta modificacion no es en si una mutación pero induce errores en la replicación. P.e. metil sulfonato, etilmetano sulfonato, dimetilsulfonato , dimetilsulfato , dietilo sulfato, N-metil-N-nitro-N- nitrosoguanidina , mostaza de nitrógeno , oxido de etileno. Desaminacion : Tres de las bases del DNA tienen grupos aminos y estos pueden eliminarse por reaccion con agentes como el acido nitroso. Los productos de la reacción y sus propiedades de apareamiento son : Adenina ---- Hipoxantina , que se aparea con Citosina Guanina ----xantina, que se aparea con Citosina Citosina------ Uracilo , que se aparea con Adenina Alquilacion : Diversas posiciones de la pirimidina son susceptibles a la alquilacion , que producen tanto trasversiones como transiciones

25. 6.5-AGENTES MUTAGÉNICOS Agentes intercalantes Proflavina , naranja de acridina, Peróxidos, Pesticidas, dinitroanilina fenoxialcanóico ácido, sales de dietanolamina y trietanolamina , Bromuro de etidio

26. 6.5-AGENTES MUTAGÉNICOS Mutágenos biológicos: son aquellos organismos “vivos” que pueden alterar las secuencias del material genético de su hospedador; como por ejemplo; virus, bacterias y hongos. Son ejemplo los transposones (fragmentos autónomos de ADN). Factores que no son agentes mutágenos pero que determinan si una mutación tendrá lugar o no: temperatura,presión de oxígeno, envejecimiento. Mutágenos que resultan de sustancias no carcinógenas metabolizadas: por ejemplo, el benzopireno es la sustancia resultante del metabolismo del hígado

27. 6.6- Efecto de las mutaciones gruesas y puntuales sobre un gen: sustituciones, inserciones y deleciones

28. 6.6- Efecto de las mutaciones gruesas y puntuales sobre un gen: sustituciones, inserciones y deleciones

29. 6.6- Efecto de las mutaciones gruesas y puntuales sobre un gen: sustituciones, inserciones y deleciones

30. 6.6- Efecto de las mutaciones gruesas y puntuales sobre un gen: sustituciones, inserciones y deleciones

31. 6.6- Efecto de las mutaciones gruesas y puntuales sobre un gen: sustituciones, inserciones y deleciones