Download Plasticidad Genómica de los Microorganismos

Plasticidad Genómica de los
Microorganismos
Transferencia Horizontal de Genes (THG)
en bacterias
Cecilia Toro U.
Profesor Asociado
Programa de Microbiología y Micología
ICBM, Facultad de Medicina
Universidad de Chile
Microbiología
del siglo XXI
Los microorganismos son seres sociales que viven en comunidad en su ambiente
natural y que interactúan con otros seres vivos
Los microorganismos tienen
plasticidad genómica, que
facilita su adaptación a
diferentes ambientes
Contenidos teóricos
•Genomas microbianos
•Mutaciones espontáneas
•Transferencia Horizontal
de Genes (THG).
•Impacto de la THG en los
microorganismos.
Ej. resistencia a ATB.
Las bacterias se multiplican y
Las bacterias se multiplican por fisión binaria
- replican su material genético
- aumentan la síntesis de componentes estructurales
- se dividen, generando cada bacteria dos individuos idénticos
¿Cómo entonces las bacterias se adaptan a tantos
ambientes diversos, cómo evolucionan?
BASES MOLECULARES DE LA
VARIABILIDAD GENÉTICA
BACTERIANA
MUTACIONES
TRANFERENCIA HORIZONTAL DE GENES
MUTACIONES
Las mutaciones son cambios estables en la
estructura del DNA, producidos por :
• Cambios químicos espontáneos
• Exposición a agentes químicos y/o radiaciones
• Incorporación incorrecta de bases durante la
replicación
TRANSFERENCIA
HORIZONTAL GENÉTICA
“Corresponde al intercambio de material genético entre
organismos de una misma especie, o de especies no
relacionadas filogenéticamente”
• Es el segundo mecanismo principal de variabilidad genética en todos los
seres vivos.
• Para que el material genético transferido se establezca en una población,
debe ser incorporado al genoma por recombinación homóloga o
mantenerse en plasmidios
• Generalmente, causa cambios en las propiedades fenotípicas de una
bacteria (adquisición de factores de virulencia, resistencia a antibióticos,
capacidades metabólicas, etc.)
• Ocurre principalmente por tres mecanismos: Transformación,
Transducción y Conjugación
MECANISMOS DE ADQUISICIÓN DE
GENES FORÁNEOS
TRANSFERENCIA HORIZONTAL DE GENES
J. Clin. Invest. 2014, 124: 4212-4218
TRANSFORMACIÓN
FRAGMENTOS DE DNA LIBRES
PLASMIDOS
Plásmidos R
Shigella, E. coli
Plásmidos col
Bacteriocina E1
Plásmidos de virulencia Shigella 200 Kb
Yersinia 70 Kb
Plásmidos metabólicos P. putida (Tol)
CONJUGACIÓN
PLÁSMIDOS AUTO-TRANSFERIBLES
TRANSPOSONES CONJUGATIVOS
CONJUGACIÓN
donor recipient
cell (+)
cell ( - )
plasmid
• plasmid copies itself
passes through pili
(cytoplasmic bridge) into
recipient cell
pili
•cells separate with both
cells containing the
plasmid
TRANSDUCCIÓN
FAGOS LÍTICOS: T4 y T7
FAGOS LISOGÉNICOS: l, P1 y P4
PLASTICIDAD DE LOS GENOMAS BACTERIANOS
Dobrindt and Hacker (2001)
Whole genome plasticity in pathogenic bacteria
Current Opinion in Microbiology 2001, 4:550–557
EVOLUCIÓN DE LOS GENOMAS BACTERIANOS
Evolución de los patotipos de E. coli
Nature Microbiol Reviews 2008, 6:387
¿Qué hace un antibiótico
sobre una bacteria?
08-03003.mp4
08-03003.MOV
08-03003.avi
Algunos antibióticos destruyen la bacteria ¡¡¡¡
Otros sólo detienen su multiplicación
Antibiotic Resistance is Prevalent in an Isolated Cave Microbiome.
Bhullar et al., (2012) PLoS ONE 7(4):e34953.
Se presenta el análisis de una muestra de “microbioma” cultivable,
tomada en Lechuguilla Cave, New Mexico, en una región aislada
más de 4 millones de años. Como lo observado en las bacterias
de la superficie, algunas cepas fueron resistentes a más de 14
antibióticos. La colección contiene 93 cepas: 33% Gram-positivo y
63% Gram-negativo. Se analizaron 26 agentes antimicrobianos
que representan un amplio espectro de productos naturales, sus
derivados semisintéticos y moléculas completamente sintéticas.
Contenidos Prácticos
Plasticidad de los genomas bacterianos
•Observación de fisiología bacteriana
- Observar diferencias fenotípicas de muestras ambientales y
muestras de su propio cuerpo (lac +/-, hemólisis, batería bioquímica,
tubo germinativo en Candida albicans)
-Leer y analizar del estudio de susceptibilidad a antibióticos.
•Observación de la plasticidad del genoma
bacteriano
-Analizar selección de bacterias resistentes al antibiótico utilizado.
-Realizar ensayos de conjugación con cepas resistentes a
antimicrobianos y relacionarlo con la THG (como mecanismo de
adquisición de genes de resistencia).
•Análisis bioinformático de la plasticidad del
genoma bacteriano
-Realizar comparación de genomas bacterianos in silico (análisis
computacional)
Ensayos de
susceptibilidad a
Antibióticos
Aislamiento de
bacterias resistentes
espontáneas a
Antibióticos
Ensayos de conjugación