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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