Date post: | 16-Jan-2016 |
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GENÉTICA
BACTERIANA
Ph.D. Germán Hermosilla D.Programa de Microbiología y MicologíaICBM, Facultad de Medicina, Universidad de Chile
INFORMACIÓN GENÉTICA EN BACTERIAS
CROMOSOIDE BACTERIANO
ELEMENTOS EXTRACROMOSÓMICOS
Plásmidos
Transposones
Fagos
Integrones y Cassettes Génicos
Islas Genómicas
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DNA de doble hebra circular, de alto peso molecular (4,6x106 pb en E. coli).
Molécula altamente compactadaNucleoide (FIS, H-NS, HU e IHF).
Replicación del DNA acoplada a la división celular.
CROMOSOIDE BACTERIANO
TAMAÑO CROMOSOIDE BACTERIANO
5,8x105 a 107 pb
Mycoplasma genitalium580.073 pb of ADN (codifica para 517 genes)
¿el más pequeño…?
Tamaño genómico y número de genes en bacterias y arqueas (Gregory and DeSalle, 2005).
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TAMAÑO CROMOSOIDE BACTERIANO
Tamaño genómico en bacterias con diferentes estilos de vida
Carsonella (dark blue) vive dentro de la célula, alrededor del núcleo (light blue) de un insecto. Nakabachi et al. (2006).
159.662 pb (189 genes)
5,8x105 a 107 pb
ORGANIZACIÓN GENÓMICA
Cromosoides circulares Escherichia coli 1Rhodobacter sphaeroides 2Brucella melitensis 2Leptospira interrogans 2Rhizobium meliloti 3Burkholderia cepacia 3
Cromosoides lineales Borrelia burgdorferi 1Streptomyces lividans 1Rhodococcus fascians 1
Cromosoides circulares Agrobacterium tumefaciens 1+1y lineales
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ESTRUCTURA FÍSICA DE LA DOBLE HELICE
COMPACTACIÓN DEL DNA
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SOBRE-ENROLLAMIENTO EN E. coli
Proteína Subunidad Gene
FIS 2 fisH-NS 6 hnsHU hupB ()
hupA ()
IHF himA ()himD ()
Proteínas asociadas al ADN
Dominio sobre-enrollado (#50)
Nucleoide
1 mm
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REPLICACIÓN DEL ADN BACTERIANO
Replicación del ADN estáacoplado a la división celular
El origen de replicación en E. coli es una secuencia de 245 pb que contiene una secuencia de 13 pb, repetida tres veces en tándem. Además, esta región contiene cuatro zonas de unión a la proteína Dna A que se encarga de separar las hélices para comenzar la replicación
Experimento de pulso y caza
La replicación es bidireccional
Burbuja Letra griega θ
Origen de Replicación
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¿Cómo la replicación del ADN está acoplado a la división celular?
Regulación de la síntesis de DnaA.
Dam metilasa y SeqA regulan el inicio de la replicación por secuestro de la región OriC.
(OriC y región promotora de del gen dnaA son ricas en sitios damGATC/CTAG)
(11 sitios dam en OriC. La hemimetilación inhibe el inicio de la replicación)
INFORMACIÓN GENÉTICA EN BACTERIAS
ELEMENTOS EXTRACROMOSÓMICOS
Plásmidos
Transposones
Fagos
Integrones y Cassettes Génicos
Islas Genómicas
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PLÁSMIDOS• Moléculas de ADN circular
extracromosómico
• Origen de replicación propio (ORI), determina el rango de hospederos
• Tamaño molecular 1kb a 200kb
Plásmidos Auto-transferibles: Genes tra(Pilina, helicasa, primasa, chaperonas, etc)
Plásmidos Movilizables: Genes mob, Ori T
• Número de copias por célula es variable
• Transportan información genética no esencial
• Pueden portar genes de virulencia o resistencia a antibióticos
• Grupos de incompatibilidad: Replicación y Partición. Ej. IncW, IncPe IncN
TRANSPOSONES
Transposasa
Transposasa Transposasa
IS50L IS50RKm
(Resistencia a kanamicina)
Elemento de Inserción (IS 1)
Transposón Compuesto(Tn 5)
Transposasa ResolvasaAp
(Resistencia a ampicilina)Transposón NO-Compuesto (Tn 3)
• No se reproducen en forma autónoma
• Elementos genéticos móviles (0.75kb a 10 kb) Transposición
• Recombinación no homóloga
• Transposición:“Cortar y Pegar” (IS y transposones compuestos)Replicativa (transposones no-compuestos con resolvasa)
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INTEGRONES Y CASETES GÉNICOS
FAGOS• Partículas virales que infectan
bacterias
• Genoma ADN o ARN, encapsulado por proteínas
• Adsorción: unión a receptores específicos de la pared celular
• Pueden establecer un ciclo lítico o lisogénico
• Para integrarse reconocen secuencias específicas en el genoma bacteriano
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TRANSFERENCIA GENÉTICA HORIZONTAL
TRANSFORMACIÓN
TRANSDUCCIÓN
CONJUGACIÓN
TRANSFORMACIÓN
PLASMIDOS: Plásmidos R Shigella, E. coliPlásmidos col Bacteriocina E1Plásmidos de virulencia Shigella 200 Kb
Yersinia 70 Kb (Yops)Plásmidos metabólicos P. putida (Tol)
FRAGMENTOS DE DNA LIBRES
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TRANSDUCCIÓN
Ciclo Lisogénico, P1 y P4
Ciclo Lítico(T4 y T7)
Generalizada: P1 y P22
Especializada:
CONJUGACIÓN
PLÁSMIDOS AUTO-TRANSFERIBLES : Factor F y pKM101
TRANSPOSONES CONJUGATIVOS : Tn916 (E. faecalis)
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TRANSFERENCIA GENÉTICAEN EL AMBIENTE
FENOTIPOS ADQUIRIDOSEN EL AMBIENTE
• Resistencia a metales pesados
• Resistencia a antibióticos
• Nuevas capacidades metabólicas
• Adquisición factores de virulencia
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TRANSFERENCIA ENTRE REINOS
Integrón(Resistencia Antibiótico)
BACTERIA
Tn5090 pR7S1 (IncP)Plásmido Promiscuo
LEVADURA
TRANSFERENCIA ENTRE REINOS
Plásmidos autotranferibles“promiscuos”
IncW
IncP (RP4)
IncV
Gram (-) Gram (+)
Gram (-) Cianobacterias
Gram (-) Plantas
Bacterias Bacterias
Bacterias Archea
Eucariontes Bacterias
Bacterias Eucariontes
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ISLAS GENÓMICAS
• Flanqueada por secuencias repetidas directas
• Contiene un gen para movilidad, como integrasa o transposasa
• Elementos relacionadas a secuencias de inserción y transposones
• Regiones con contenido G+C diferente al genoma
• Uso de codones diferentes
• Abundancia relativa de dinucleotidos o tetranucleótidos
• Próximos a genes de tRNA
• Estabilidad de la región (pérdida y/o adquisición)
ISLAS DE PATOGENICIDAD• Presence in pathogenic strains, and absence (or sporadic
distribution) in less pathogenic strains of the same or a related species
• Carriage of (often many) virulence genes (toxins, adhesins, invasins, secretion systems (type III, type IV) and theirsubstrates (effectors)
• Expression of acquired genes is under the control of chromosomal or PAI-encoded regulators; interaction of thePAI with the genome is required. E.g.: expression of invasion genes within the Salmonella SPI-1 is governed bythe PhoP/PhoQ two-component system outside of SPI-1.
Bacteria
Elemento Genético Móvil
Mayor Fitness(adecuación)
Adquisición de bloques de genes
Selección
Adecuación ecológica
Interacción Saprofítica
Simbiosis Patogenicidad
AMBIENTE HOSPEDERO
Especialización
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ISLAS DE PATOGENICIDAD EN E. coli K12
UPECEPEC/EHEC
Shigella (SHI-2)Salmonella (SPI-3)
Sepsis E. coliUPEC
UPECUPEC
UPECUPEC
Sepsis E. coliMeningitis E. coli
EHEC
EHEC
UPECEHEC
Salmonella (SPI-5)
EHEC
EHEC
Salmonella (SPI-2)
TGH y PATOGENICIDAD DE Escherichia coli
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Distribución de ADN codificante de proteína adquirido por TGH
plásmidos, transposones, fagos
mecanismo desconocido