Genética bacteriana: mutaciones y recombinación

GENETICA BACTERIANA

DRA. ROSA VELEZ
PAZMIÑO

GENETICA BACTERIANA
Cuando se rastrea el origen de
unja enfermedad microbiana , la
mayoría de los factores se
relacionan con la velocidad y
amplitud de los mecanismos
genéticos
bacterianos.
Las
bacterias utilizan la mutación y la
recombinación para el cambio
genómico, del mismo modo que
ocurre en las células eucariotas.
Además,
tienen
poderosos
mecanismos para el intercambio
de genes entre células que ni
siquiera tienen que estar en
estrecha relación.
Los
mecanismos
de
mutación, recombinación, transfor
mación, transducción, conjugació
n y transposición forman las
bases
de
esta
capacidad

GENETICA BACTERIANO
 El genoma bacteriano es el conjunto total de

genes que porta una bacteria tanto en su
cromosoma como en sus elementos genéticos
extra cromosómicos,.
 El cromosoma bacteriano presenta algunas
diferencias respecto al cromosoma humano. El
cromosoma de una bacteria típica ( E. coli)
consta de una sola molécula circular bicatenaria
de ADN que contiene aproximadamente
5.000.000 de pares de bases. Los cromosomas
mas pequeños ( micoplasmas ) miden la cuarta
parte de dicha longitud.

GENETICA BACTERIANA
 Cada genoma posee numerosos operones que están

formados por genes, por regla general las bacterias
tan solo presentan una copia de sus cromosomas
, por tanto la alteración de un gen (mutación) tendrá
un efecto mucho más evidente en la célula.
 Las bacterias pueden tener elementos extra
cromosómicos
como son los plásmidos y los
bacteriófagos que se pueden transmitir de una
bacteria a otra.
 Los genes son secuencias de nucleótidos que
poseen una función biológica ( ostreones que son
genes codificadores ) los genes del ácido ribonucleico
( ARN) ribosómico y los sitios de reconocimiento y de
unión de otras moléculas ( promotores y operadores )
que controlan la expresión de un gen al determinar

MUTACIÓN
Las mutaciones ocurren en
la
naturaleza a una frecuencia baja, en
el orden de una mutación por cada
millón de células para cualquier gen
determinado, pero el gran tamaño de
las
poblaciones
de
microbios
garantiza la presencia de muchos
mutantes. Debido a que las bacterias
son haploides, las consecuencias de
una mutación, incluso una recesiva,
se vuelven evidentes de inmediato en
la célula mutante. Ya que el tiempo de
generación de las bacterias es breve,
no se requiere de muchas horas para
que una célula mutante que ha
surgido por azar se desarrolle hasta

MUTACIONES
Tipos de mutaciones
Las mutaciones son cambios hereditarios en la
estructura de los genes. La forma normal y por lo
general activa de un gen se denomina alelo de tipo
silvestre; la forma mutante y habitualmente
inactiva se llama alelo mutante.
Existen varios tipos de mutaciones con base en la
naturaleza del cambio en la secuencia de nucleótidos
del gen o genes afectados. Los reemplazos
implican la sustitución de una base con otra.
Las
microdeleciones
y
microinserciones
comprenden
la
remoción
y
adición, respectivamente, de un solo nucleótido (y de
su complemento en la cadena opuesta).
Las inserciones representan la adición de muchos

MUTACIONES
Deleciones eliminan un
segmento contiguo de
muchos pares de bases.
Inversiones cambian la
dirección de un segmento
de DNA al empalmar
cada
cadena
del
segmento dentro de la
cadena complementaria.
Duplicaciones producen
un segmento redundante
de DNA, en general
adyacente (en tandem) al
segmento original.
Los varios tipos de

MUTACION
Al recordar la naturaleza de los
genes y la forma en que su
secuencia de nucleótidos dirige la
síntesis de proteínas, es posible
entender
la
consecuencia
inmediata de cada uno de estos
cambios
bioquímicos.
Si
la
mutación por reemplazo en un
codón cambia el transcripto de
mRNA
a
un
diferente
aminoácido,
se
denomina
mutación de sentido erróneo (p.
ej., una secuencia AAG [lisina] a
una secuencia GAG [glutamato]).
La proteína resultante quizá sea
inactiva en términos enzimáticos o

MUTACIONES
Cuando un reemplazo cambia un codón que
especifica un aminoácido a un codón que no
especifica ningún aminoácido, se denomina
Mutación sin sentido (p. ej., una secuencia
UAC [tirosina] a una secuencia UAA
[terminación]).
Las microdeleciones y microinserciones
causan mutaciones por desplazamiento del
marco de lectura, que son cambios en la
pauta de lectura mediante la cual los
ribosomas traducen el mRNA del gen mutado .
Los cambios en pauta de lectura suelen dar
por resultado la polimerización de un tramo
de aminoácidos incorrectos hasta que se
encuentra un codón sin sentido, de modo que,
en términos generales, el producto es un
fragmento truncado de polipéptidos con una
secuencia incorrecta de aminoácidos en su
extremo N-terminal. La deleción o inserción de
un segmento de pares de bases en un gen
acorta o alarga el producto de proteínas si el
numero de pares base eliminado o insertado
es divisible entre tres; de otro modo, también

Mutaciones

Desvían el marco de lectura
Para que las mutaciones de
punto desvíen el marco de
lectura, deben encontrarse
dentro de la región codificante
de un gen, es decir entre el
codón de inicio AUG (quien
establece dicho marco) y el
codón de stop.
ADICIONES
La adición o agregado de una
base en el DNA que codifica
una
determinada
proteína,
provoca el corrimiento del
marco de lectura, es decir se
constituyen nuevos codones,
desde el sitio donde se
incorpora la base adicional,
hacia el extremo 3′ del mRNA.
Esto es debido a que el
mensajero es leído por los
ribosomas de a tripletes, pero
no hay ni un punto ni una coma
que diga que este es el
principio o fin de codón. La
maquinaria solo sigue leyendo y
al haber una base más todos
los codones se modifican.
Estas mutaciones generan una

MUTACIONES
Las inversiones de un pequeño segmento dentro de
un gen lo inactivan; invertir segmentos mas largos
puede afectar principalmente a los genes en los
puntos de inversión. Las duplicaciones, que con toda
Probabilidad son las mas comunes de todas las
mutaciones, cumplen una función importante en la
evolución de los genes y en la variación antigénica.
Los cambios en la secuencia de nucleótidos afectan
la síntesis de los productos proteicos.
Las mutaciones por desplazamiento del marco de
lectura afectan la traducción del mRNA .
Muchas mutaciones, en particular si ocurren cerca del
extremo de un gen, impiden la expresión de todos los
genes posteriores (en dirección opuesta al promotor)
del gen mutado. Se piensa que tales mutaciones
polares ejercen su efecto en los genes vecinos
mediante la terminación de la transcripción de los
genes posteriores cuando la traducción del mRNA del

Mutación
Deleciones
La deleción o pérdida de
una base dentro de la
región codificante de un
gen, ocasiona el cambio en
el sentido de los codones
desde el lugar donde se
pierde una base hasta el
extremo 3′ del mRNA. Al
igual que las adiciones se
produce como resultado una
proteína diferente a la
originalmente
codificada.
Analizando lo que dijimos
anteriormente,
las
que
desvían el marco de lectura
son las más graves de
todas las mutaciones de
punto, ya que como en el
mRNA se lee la información
en forma de codones, todas
las
bases
que
se
encuentren después de la
mutación se corren, y por lo
tanto todos los codones
siguientes
se

Mutación
B) No desvían el marco de
lectura
Sustituciones
Cambio de una base por otra.
Las sustituciones a su vez, se
clasifican de acuerdo a si
cambian o no el sentido o
significado del codón en:
a) Mutaciones silenciosas:
Son aquellas sustituciones
que no causan ningún cambio
en el aminoácido que codifica
el codón afectado o si
cambian el aminoácido del
codón afectado pero no
afectan la actividad de la
proteína. Estas últimas se
llaman “Neutras”.

Mutación
b)
Mutaciones
de
sentido erróneo:
Son las sustituciones
que generan el cambio
de un aminoácido y que
en general alteran la
funcionalidad de la
proteína codificada
originalmente.

Mutación
Mutaciones
sin
sentido
Se denominan así a las
sustituciones que crean
un codón de stop o
codón
sin
sentido
(UAA,
UAG
y
UGA), ocasionando una
proteína más corta de lo
normal.

Mutación
Lo más grave que pueden producir las sustituciones
de una base es que se incorpore un aminoácido
distinto, pero una cadena proteica prácticamente
similar. Todo esto depende de cual sea la base
sustituida, ya que si la base en cuestión es la tercera
de un codón lo más probable es que no pase nada
(mutación silenciosa), ya que esta es irrelevante en la
mayoría de los casos, y probablemente se introduzca
el
mismo
aminoácido.
La sustitución en la primera o segunda base de un
codón, es más grave y puede generar la
incorporación de otro aminoácido al codificado
originalmente (mutación de sentido erróneo).
En el caso de generar un codón de stop (mutación sin
sentido) la consecuencia es grave, ya que se produce
una
proteína
terminada
prematuramente,
dependiendo de dónde esté ubicado el codón, cerca
del extremo 5′ o del 3′ del mRNA.

RECOMBINACIÓN
La recombinación es el proceso en el que las moléculas de
ácido nucléicos de diferentes fuentes se combinan o reordenan
para producir una nueva secuencia de nucleótidos.
En las células eucariotas , esto ocurre mediante
entrecruzamiento cromosómico durante la meiosis. Dado que las
bacterias no se reproducen sexualmente o atraviesan por una
meiosis, podría parecer que este mecanismo seria limitado.
De hecho, puede ocurrir en cualquier momento en que exista una
fuente de DNA recombinante y la cadena se rompe en el
cromosoma bacteriano, lo cual crea secuencias de DNA de
cadena única con nucleótidos expuestos para un apareamiento
potencial.
La fuente de DNA recombinante puede ser otra parte del mismo
cromosoma (endogenote) o de algún lugar externo a la célula
(exogenote) de uno de los mecanismos de transferencia
genética .
En caso de tener éxito, se forma un nuevo cromosoma hibrido. En
las bacterias existen dos mecanismos moleculares principales
de recombinación, la recombinación homologa y recombinación
específica de sitio.

RECOMBINACIÓN
ECOMBINACION HOMOLOGA O GENERAL
El termino “recombinación homologa” refleja uno de los dos
requisitos para este proceso:
(1) El DNA donador debe poseer regiones razonablemente
grandes de secuencias de nucleótidos idénticas o semejantes a
los segmentos cromosómicos del hospedador, ya que deben
ocurrir extensos apareamientos de bases entre las cadenas de
las dos moléculas recombinantes y
(2) La célula receptora debe poseer la capacidad genética para
sintetizar un conjunto de enzimas que puedan llevar a cabo la
sustitución covalente de la región homóloga del hospedador con
un segmento del DNA donador. Una proteína conocida como
RecA (de recombinación) controla todo el proceso.
Entonces, el mismo proceso de rotura y reunión enlaza la
segunda cadena de cada molécula de DNA recombinante. Este
evento de entrecruzamiento repetido en sitios posteriores del
cromosoma produce la sustitución entre dos entrecruzamientos
del segmento homologo del hospedador con el segmento del
donador.
La recombinación homóloga implica semejanza de nucleótidos y

RECOMBINACIÓN
Recombinación específica de sitio o no homóloga
Es la que tiene lugar entre distintas secuencias de ADN, y
por regla general produce inserciones , deleciones o
ambas .
a) Recombinación específica legítima, conservativa;
b) Recombinación específica “ilegítima”, propiciada por
elementos genéticos transponibles.
a) Recombinación específica legítima, conservativa.
 Es independiente de RecA (u otras enzimas de
recombinación homóloga).
 Es independiente de grandes regiones de homología entre
exo- y endogenote.
 El proceso está catalizado por enzimas específicas
llamadas en general “recombinasas”, que tienen un
mecanismo de acción similar al de las topoisomerasas
de tipo I *
No hay replicación de ADN durante el evento de
recombinación específica de sitio, por lo que también se la

RECOMBINACIÓN







b) Recombinación específica ilegítima: Fenómenos de
transposición
No depende de homologías (ni siquiera cortas) entre el
exogenote (en este caso, un elemento genético
transponible* como: IS o Tn) y el endogenote.
También es independiente de RecA.
El elemento transponible codifica una enzima
(genéricamente se les denomina transposasas) que
reconoce secuencias específicas inversamente repetidas
en los extremos del propio elemento, lo cual se requiere
para el proceso de transposición.
Muchos elementos transponibles (pero no todos) poseen
un mecanismo replicativo de transposición: es decir, al
transponerse dejan una copia de sí mismos en el sitio
original, y generan una copia nueva en el sitio a donde se
transponen (recombinación específica duplicativa).

* Secuencia de ADN que puede moverse de manera autosuficiente a diferentes
partes del genoma de una célula. Secuencia de inserción o elemento de
inserción (IS); Transposón compuesto (Tn)

RECOMBINACIÓN

Transposición no conservativa. A diferencia de la conservativa, inicialmente no
se integra solo el transposón, sino que se forma un híbrido con todo el genoma
donante. Según el modo de resolución del enzima resolvasa, podrá dar lugar a
una transposición replicativa (genoma donante y receptor obtienen una copia
del transposón) o no replicativa (solo se la queda el aceptor, y el donante
queda sin él).

TRASPOSICIÓN
La transposición implica elementos transponibles que son
unidades genéticas capaces de mediar su propia transferencia
de un cromosoma a otro, de un lugar a otro en el mismo
cromosoma, o entre cromosoma y plásmido. Esta
transposición depende de su capacidad para sintetizar sus
propias
enzimas
de
recombinación
específica
de
sitio, llamadas transposasas.
Los principales tipos
de elementos transponibles son
elementos de la secuencia de inserción y transposones.
Secuencias de inserción
Los elementos de la secuencia de inserción (IS) son
segmentos de DNA que codifican enzimas para la
recombinación específica de sitio y que tienen secuencias
distintivas de nucleótidos en sus extremos
Terminales.
Diferentes elementos en la IS tienen diferentes extremos
terminales pero, como se ilustra en un elemento IS
determinado, tienen la misma secuencia de nucleótidos en
cada extremo, pero en orden invertido. Debido a que los
elementos IS solo contienen genes para la transposición, su
presencia en un cromosoma no se detecta con facilidad, a

TRANSPOSICIÓN
Transposones
Los elementos IS son componentes de los
transposones (Tn), que son segmentos transponibles
de DNA que contienen otros genes además de los
necesarios para la transposición. La estructura general
de estos transposones compuestos consiste en un
área central de genes rodeados por elementos IS. Los
genes pueden codificar propiedades tales como
resistencia a los antimicrobianos, metabolismo del
sustrato u otras funciones.
Los transposones compuestos se translocan por medio
de lo que se denomina transposición directa o
simple, en la que el transposon se corta de su
ubicación original y se inserta en su nuevo sitio por un
método simple de cortar y pegar, sin replicación
Otro mecanismo llamado transposición replicativa
deja una copia del transposon replicativo en su
sitio original.

TRANSPOSICIÓN
Aparte de la reacción de inserción primaria, las
unidades
transponibles
promueven
otras
reorganizaciones del DNA, incluyendo deleciones
de
secuencias
adyacentes
a
un
transposon, inversión de segmentos de DNA, y
codones o secuencias de terminación que
pueden bloquear la traducción o la transcripción.
Cuando se localizan en los plásmidos, las
unidades transponibles también pueden estar
implicadas en la fusión del plásmido, inserción de
plásmidos en el cromosoma y evolución del
plásmido. Todos estos acontecimientos tienen
gran importancia para comprender la formación y
propagación de la resistencia antimicrobiana en
poblaciones naturales de organismos patógenos.

INTERCAMBIO GENÉTICO
Tres
procesos
implican
una
transferencia
unidireccional del DNA de una célula donadora a
una célula receptora. La molécula de DNA
introducida en el receptor se denomina exogenote
para distinguirla del cromosoma original de la propia
célula, llamado endogenote.
Un proceso de transferencia de DNA, denominado
transformación, comprende la liberación de DNA al
ambiente
mediante
la
lisis
de
algunas
células, seguida de captación directa del DNA por
parte
de
las
células
receptoras.
En
la
transducción, el DNA se introduce a la célula
receptora por medio de un bacteriófago que infecta a
la célula bacteriana. El tercer proceso, llamado
conjugación, implica el contacto en si entre las
células donadora y receptora durante el cual se

 Los genes cromosómicos de las bacterias solo

gobiernan la transformación. La transducción esta
mediada por genes de bacteriófagos y la conjugación
por genes de plásmidos.
Transformación
La capacidad para obtener DNA del ambiente se
llama competencia y en muchas especies de
bacterias esta codificada por genes cromosómicos
que se activan en determinadas circunstancias
ambientales. Cualquier DNA presente en el medio se
enlaza en forma indiscriminada. El destino del
fragmento internalizado de DNA depende entonces
de si comparte homología (las secuencias de bases
idénticas o similares) con una porción del DNA de la
célula receptora. En ese caso, puede ocurrir
recombinación, pero el DNA heterólogo se degrada y
no produce ningún cambio hereditable en el receptor

Otras especies no entran de
manera natural en el estado
competente,
pero
pueden
volverse permeables al DNA por
medio del tratamiento con
sustancias
que
dañan
la
envoltura de la célula, lo cual
posibilita
la
transformación
artificial. El uso experimental
de E. coli, que no tiene
mecanismo
natural
de
competencia,
como
célula
hospedadora en la clonación de
genes, implica el tratamiento con
sal y choques de temperatura

Transducción
La transducción es la transferencia de información
genética de la célula donadora a la célula receptora
por medio de los virus de las bacterias, llamados
bacteriófagos o simplemente fagos.
Los fagos infectan a las células sensibles por
adsorción a receptores específicos en la superficie
celular y luego inyectan su DNA o RNA. Los fagos
tienen dos variedades funcionales según lo que
sucede después de la inyección del acido nucléicos
viral. Los fagos virulentos (líticos) causan lisis de
la bacteria hospedadora como culminación de la
síntesis de muchos nuevos viriones dentro de la
célula infectada.

Los fagos temperados pueden iniciar un proceso de
crecimiento lítico de este tipo o pueden ingresar en forma
inactiva (llamado profago), en la que se permite que la
célula hospedadora infectada prosiga con su desarrollo y
división, pero transmite a sus descendientes un genoma del
profago que es capaz de inducirse para producir un fago
en un proceso casi idéntico al desarrollo de los fagos líticos.
La célula bacteriana que alberga un profago latente se
conoce como lisogena (capaz de producir fagos líticos) y su
estado se conoce como lisogenia.

Conjugación
El título de “Sexualidad en las bacterias” (como a
menudo se ha hecho), para comprender la idea de
que las bacterias tienen algo especial en lo referente
al intercambio genético. Este proceso, llamado
conjugación, es la transferencia de información
genética de una célula bacteriana donadora a una
receptora en un proceso que requiere contacto
intimo; por si mismas, las bacterias no se pueden
conjugar. Solo cuando la célula bacteriana contiene
un plásmido auto transmisible (Los plásmidos son
elementos extra cromosómicos autónomos
formados por un DNA circular de doble
cadena), ocurre la transferencia de DNA. En la
mayoría de los casos, la conjugación implica la
transferencia solo del DNA del plásmido; la
transferencia del DNA cromosómico es un evento
menos común y esta mediada solo por unos cuantos
plásmidos. Los plásmidos tienen enorme importancia

CONJUGACION EN GRAMNEGATIVOS
J. Lederberg y E. Tatum descubrieron la
conjugación en 1946. Lo que observaron fue
una transferencia de genes cromosómicos
entre células de dos cepas diferentes de E. coli.
Su descubrimiento estimulo un intenso análisis
del
mecanismo,
lo
cual
condujo
al
descubrimiento de una sustancia, el factor F
(factor de fertilidad), que confería a las células
la
capacidad
para
transferir
genes
cromosómicos bacterianos a las células
receptoras. Ahora se sabe que el factor F es un

CONJUGACIÓN
Los plásmidos conjugativos en las
bacterias gramnegativas contienen un
conjunto de genes denominados tra
(por transferencia), que codifican las
estructuras y enzimas requeridas.
En E. coli, el pelo sexual codificado por
el factor F, se muestra en la figura.
El pelo sexual tiene la capacidad para
establecer entre la célula donadora y la
receptora el contacto íntimo que se
necesita para formar un puente de
conjugación a través del cual se puede
enviar el DNA. Entonces, el DNA del
plásmido se fragmenta de manera
enzimática y una cadena se guía a
través de la estructura de conjugación
a la célula receptora por medio de la

Tanto la cadena introducida
como la cadena que permanece
en la célula donadora dirigen la
síntesis
de
su
cadena
complementaria, lo cual da por
resultado copias completas tanto
en la célula donadora como en
la receptora. Por último, ocurre
una circularización de las
moléculas
de
la
doble
cadena, se rompe el puente de
conjugación y ambas células
pueden funcionar ahora como
donadoras.
Un
resultado
alternativo es la recombinación
de fragmentos del plásmido

Conjugación en especies grampositivas
En las bacterias grampositivas, los plásmidos que
transmiten genes que codifican la resistencia
antimicrobiana, pelos comunes y otras adhesinas, así
como algunas exotoxinas, se transfieren con facilidad por
medio de la conjugación.
Las especies grampositivas pueden utilizar genes
cromosómicos en este proceso. En Enterococcus
faecalis, una de las especies grampositivas mas
resistentes, las células donadoras y receptoras no se
acoplan por medio de un sistema de secreción o pelo
sexual, sino mas bien por agrupación de las células que
contienen un plásmido con aquellas que no lo tienen. Esta
aglomeración es resultado de la interacción entre una
adhesina proteinacea en la superficie de la célula
donadora (que contiene el plásmido) y un receptor en la
superficie de la célula receptora (que carece del
plásmido). Ambos tipos de células producen el
receptor, pero solo la célula donadora puede sintetizar la

Es necesario destacar que las células donadoras
sintetizan la adhesina solo cuando están en las cercanías
de las células receptoras, porque estas últimas secretan
pequeñas feromonas
peptídicas, que sirven para
notificar de su presencia a las células donadoras. Las
células donadoras fabrican con rapidez la adhesina
cuando perciben la feromona. Como resultado, se forman
las aglomeraciones y el DNA plásmido se transfiere por
medio de los puentes de conjugación a las células
receptoras dentro de estos agrupamientos.
Plásmidos R
Los plásmidos que incluyen genes que confieren
resistencia a las sustancias antimicrobianas tienen gran
importancia para la medicina; se les conoce como
plásmidos R o factores R (factores de resistencia).
Los genes responsables de la resistencia por lo general
codifican enzimas que intervienen en muchos de los
mecanismos de resistencia. Los plásmidos R de las
bacterias gramnegativas pueden transmitirse entre

Muchos codifican la resistencia a diversos fármacos
antimicrobianos y, por ende, pueden transmitir resistencias
múltiples a través de una población microbiana diversa
bajo presión selectiva de solo uno de esos fármacos a los
que confieren resistencia. Las bacterias no patógenas
pueden fungir como reservorio natural de determinantes
de resistencia en plásmidos que están disponibles para
propagarse a los patógenos.
Los plásmidos R evolucionan con rapidez y con facilidad
pueden adquirir genes adicionales que determinan
resistencias a partir de fusión con otros plásmidos o
adquisición de transposones. La mayoría de los
plásmidos, y todos los factores R, contienen muchos
elementos IS y transposones, de hecho, casi todos los
genes determinantes de resistencia en los plásmidos se
presentan como transposones.
DIAGNOSTICO MICROBIOLÓGICO ; Koneman Elmer, Editorial Panamericana ,
Capítulo 4,5

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