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Transferencia Horizontal de
genes
Mónica Higuera
Junio 07
• La transferencia horizontal de genes
(HGT), también conocida como
transferencia lateral de genes (LGT), es
un proceso en el que un organismo
transfiere material genético a otra célula
que no es descendiente.
• Por el contrario, la transferencia vertical
ocurre cuando un organismo recibe
material genético de sus ancestros, por
ejemplo de sus padres o de una especie
de la que ha evolucionado
Mecanismos HGT en procariotas
• Es considerado como uno de los
mecanismos fundamentales de la
evolución procariótica
• Existen tres mecanismos básicos
– Conjugación
– Transformación
– Transducción
Conjugación
•Transferencia directa de información genética desde F+ (plásmido
conjugativo) a otra aceptora (F-)
•Pelo F como canal de paso del material genético.
•Las especies de las bacterias donadora y aceptora pueden ser
diferentes.
•Plásmido F se puede introducir por recombinación en el cromosoma
bacteriano dando lugar a una célula Hfr.
Transformación
•
•
•
•
Captación de material genético libre en el medio por una célula bacteriana
que lo incorpora a su material genético y lo expresa como propio.
Células Competentes (Naturales o Inducidas).
El material puede ser destruido mediante endonucleasas de restricción.
Si el material no se destruye puede:
– replicarse autónomamente si posee un origen de replicación
– integrarse por recombinación
– perderse al dividirse la célula.
Transducción
•
•
•
•
Bacteriofago infecta una célula bacteriana
Los viriones resultantes incluyen en su material genético parte del de la
bacteria.
La transducción puede ser:
– generalizada cuando el fago incluye un fragmento de cualquier parte
del genoma de la bacteria
– restringida cuando sólo se incluyen determinadas secuencias
Ciertos fagos son portadores de factores de virulencia (toxina diftérica
Corynebacterium diphteriae.)
Requerimientos para la transferencia
•Proximidad del donante de DNA
•Estabilidad del DNA en el ambiente
•Vector de transmisión
•Inserción
•Mantenimiento
•Estabilización
•Selección
Límites/ Prevención de la
transferencia
• Inestabilidad en el nuevo huesped
•Sistemas de restricción
•Incompatibilidad en el uso de codones y
GC
•Splicing y otras señales que provocan
una edición del RNA incorrecta
HGT: Evolución procariótica
• Genes de resistencia a Antibióticos en
plásmidos
• Secuencias de inserción
• Islas de patogenicidad
• Genes de resistencia a toxinas en
plásmidos
• Plásmido Ti de Agrobacterium
• Virus y Viroides
Elementos móviles
E.coli O157:H7
Ejemplo de una nueva “casi especie”
• Contiene 20 potenciales genes en
elementos móviles adquiridos mediante
HGT
Islas de patogenicidad (PAI)
•Elementos genéticos móviles (>10Kb) que se integran en el genoma
o se mantienen en plásmidos asociados a secuencias de tRNA.
•Presentan secuencias repetitivas flanqueantes o diferente uso de
G+C y de codones
•Contienen genes codificantes para diferentes funciones: resistencia
a antibióticos, adhesinas, toxinas y otros factores de virulencia.
•Codifican por factores relacionados con la movilidad genética:
transposasas, integrasas, genes bacteriófagos y orígenes de
replicación
•Contribuyen a introducir cambios rápidos en el potencial de
virulencia
Formación de las PAI
1.
Adquisición del gen o genes de virulencia mediante algún mecanismo de HGT
2.
Integración, probablement mediada por una integrasa o recombinasa
3.
Inmovilización mediante la inactivación o deleción de los ori
4.
Expresión de los genes (normalmente la expresión ejerce una selección positiva)
5.
Escisión completa de la isla y transferencia a otro organismo
Isla Cag de Helicobacter pylori
• Helicobacter pilory: patógeno gástrico causante de gastritis, úlcera y
cáncer
•Cag:
•Transferida mediante HGT
•Diferente contenido en G+C
•Flanqueada por DR
•27 ORF
•CagA única proteína efectora
Isla Cag de Helicobacter pylori
• Cag
PAI: Forma un sistema de secreción de tipo IV
que:
•Induce la expresión de citocinas proinflamatorias
como IL-8, que contribuye a la inflamción del
estómago
•Cag F: “chaperon like protein”
•17 genes son totalmente necesarios para la
translocación de CagA
•14 genes estimulan la síntesis de IL-8 por parte de
la célula huesped
CagA de Helicobacter pylori
• Cag A
•Interacciona con múltiples proteínas
del huesped implicadas en:
•Transducción de señal (Grb2)
•Citoesqueleto
•Uniones celulares (ZO-1)
• Después de su translocación, CagA es
fosforilada por las Src Kinasas y
reclutada en la membrana plasmática
donde interactúa con las proteínas del
huesped provocando:
•Polimerización de la actina
•Elongación celular
•Proliferación anormal de las células
gástricas
¿Como se detecta la HGT?
• Métodos Filogenéticos
– Incongruencias en los árboles filogenéticos
– Mediante patrones de mejores “match” entre
diferentes especies y de distribución de genes
• Métodos Paramétricos
– Identificación de regiones del genoma de
composicion inusual
– Contenido G+C
– Uso diferencial de codones
• La HGT-DB (Garcia-Vallvé et al,
2003) está basada en estos
parámetros para la búsqueda de
posibles genes tranferidos
horizontalmente.
http://www.tinet.org/~debb/HGT/
Métodos de detección de la
HGT
El 17% de las ORF de
E.Coli K12 ha sido
adquirido
recientemente
(100Myr) de otros
organismos con
patrones G+C y uso
de codones diferentes
de otras
Enterobacterias
Controversia sobre el papel de la HGT
1. Pros
•
•
•
El genoma eucariota es un mosaico de
secuencias procarióticas con contribución de
arqueas y bacterias
La adquisición de nuevos caracteres mediante
HGT se podría considerar la principal
respuesta adaptativa en la evolución ya que la
respuesta al medio es mucho más rápida que
mediante mutaciones en las secuencias
preexistentes
Se ha sugerido que la HGT podría reemplazar
los árboles clásicos basados en el rRNA
Controversia sobre el papel de la HGT
2. Contras
• HGT estaría sobreestimada
–Uso del BLAST
–HGT Anomalías filogenética (alelos adaptativos,
duplicación o deleción de genes)
–HGT es frecuente a nivel celular pero no a nivel
poblacional. La fijación de secuencias es inusual
• HGT podría haber sido una gran fuerza evolutiva
en las primeas etapas de la evolución pero no en
células modernas
• El impacto de la HGT sería marginal
¿Podría ser un peligro la HGT
por ingeniería genética?
• Generación
de nuevos patógenos virales y bacterianos
•Transferencia de genes virales y bacterianos
introducidos en plantas transgénicas
•Difusión de genes marcadores con resistencia a
antibióticos entre los patógenos
•Inserción secundaria al azar de genes en organismos
que interactuan con las plantas de los cultivos
transgénicos
•Impacto ecológico debido a la diseminación de genes
exóticos introducidos
FIN