Conjugación bacteriana: definición y protocolo

Reproducción sexual bacteriana

¿Alguna vez ha tenido la versión bacteriana de los pájaros y las abejas? ¿No? Bueno, definitivamente es el momento. Estoy seguro de que esto no te sorprenderá mucho, pero las bacterias no tienen relaciones sexuales, al menos en el sentido convencional.

Las células bacterianas se reproducen haciendo clones de sí mismas. La célula madre copia su cromosoma de ADN, luego divide su célula por la mitad, conservando un cromosoma y dándole uno a la nueva célula hija. Por convención, estas células se denominan células madre e hija, pero en realidad son clones. Tienen exactamente el mismo material genético. En una población bacteriana, este proceso continúa, una célula se divide en dos una y otra y otra vez, lo que resulta en enormes poblaciones de células que son clones entre sí. Se considera transferencia genética vertical cuando el ADN pasa de la madre a la célula descendiente, y esto es lo que sucede en la naturaleza la gran mayoría de las veces.

Pero las bacterias son pequeñas criaturas engañosas y tienen algunas formas ingeniosas de generar diversidad genética. Por ejemplo, las bacterias pueden intercambiar genes con sus vecinas. Esto sería como si decidieras que quieres el cabello negro de tu amigo, ¡así que te hace un favor y te da su gen para el cabello negro y VOILA! Ahora tienes el pelo negro. Esto se denomina transferencia horizontal de genes y se refiere a la capacidad de algunas células bacterianas para adquirir nuevos genes de células vecinas en su entorno. Ahora, en lugar de ser una célula hija clonada, la célula tiene una nueva diversidad genética, una mezcla entre el ADN de la célula madre transferido verticalmente y el ADN de la célula vecina transferido horizontalmente.

¿Recuerdas que dijimos que las bacterias no tienen relaciones sexuales? Bueno, en un sentido evolutivo, el sexo es crucial para permitir la mezcla y el emparejamiento de genes, lo que resulta en diversidad genética dentro de una especie. Ahora podemos ver que, si bien las bacterias no tienen sexo convencional, sí tienen mecanismos de transferencia de genes horizontales para generar diversidad genética.

Transferencia horizontal de genes

Hay tres formas en que las bacterias pueden realizar la transferencia horizontal de genes:

• La transducción utiliza virus bacterianos, llamados bacteriófagos, para transferir ADN de una célula infectada a otra.
• La transformación es la capacidad de algunas células para absorber el ADN que flota libremente en el medio ambiente.
• La conjugación permite la transferencia de ADN a través de una estructura llamada pilus de una célula a otra.

Conjugación

Para que tenga lugar la conjugación, dos células bacterianas vivas deben entrar en contacto directo entre sí. El contacto entre las células se logra mediante un pilus de conjugación . El término pilus (plural: pili) se refiere a una estructura similar a un cabello a base de proteínas que se extiende desde la célula bacteriana. Algunos pili se usan para adherirse a superficies, pero el pilus de conjugación especial se usa específicamente para adherirse a otras células y facilitar la transferencia de ADN. La célula que transferirá el ADN se llama célula donante y forma el pilus de conjugación adherido a su célula. El pilus de conjugación es una estructura hueca en forma de tubo que conecta el citoplasma de la célula donante con el citoplasma de la célula receptora.

Transferencia de plásmido

Una vez que el citoplasma de la célula donante y receptora están vinculados físicamente, es el momento de transferir el ADN. Si la célula donante contiene un plásmido , una pieza circular de ADN extracromosómico, el plásmido se puede transferir a la célula receptora. Esto se hace copiando el plásmido y enviando la hebra de ADN copiado al receptor a través del pilus de conjugación. El resultado final es una copia del plásmido tanto en la célula donante como en la receptora. Quizás lo más interesante es el hecho de que el plásmido, además de otros genes, lleva genes que permiten que la célula receptora se convierta en un donante de conjugación. Ahora, la célula receptora también puede extender el plásmido a nuevas células que encuentre en su entorno.

Transferencia de cromosomas

Algunas células bacterianas llevan la conjugación un paso más allá y en lugar de transferir plásmidos extracromosómicos, ¡transfieren porciones de todo el cromosoma! Al igual que durante la transferencia de ADN plasmídico, una sola hebra del cromosoma se transfiere a través del pilus de conjugación y la copia original se mantiene en la célula donante. Los plásmidos son mucho más pequeños que el cromosoma y normalmente se transfieren en su totalidad. Sin embargo, el cromosoma es tan grande que puede tomar hasta 100 minutos transferirlo por completo. Rara vez el donante y el receptor pueden permanecer acoplados el tiempo suficiente para permitir que esto suceda. En cambio, solo se transfiere una parte del cromosoma antes de que se desprenda el pilus de conjugación. Es muy importante señalar que los genes que hacen posible la transferencia de cromosomas son los últimos genes que se envían al receptor. Entonces,

Conjugación en la naturaleza

Algunas formas de transferencia horizontal de genes solo pueden ocurrir entre organismos que están estrechamente relacionados. La transferencia de conjugación de plásmidos es la excepción a esta regla. Los plásmidos se pueden transferir no solo dentro de las especies, por ejemplo, de una célula de E. coli a otra, sino también entre especies. Entonces, una célula de E. coli podría transferir un plásmido a una especie de Staphylococcus .

No todas las bacterias son capaces de hacer un pilus de conjugación, pero aún pueden realizar el proceso de conjugación. En lugar de un pilus sexual, algunas células tienen un complejo de proteínas pegajosas en la superficie de la célula que les permite adherirse a una célula donante y luego abrir un poro que une el citoplasma de las dos células. En ambos posibles mecanismos de conjugación, se requiere el contacto de célula a célula .

Muchas bacterias se están volviendo resistentes a los antibióticos. Los investigadores han descubierto que en la mayoría de los casos, los genes que hacen que las células sean resistentes a los antibióticos se encuentran en los plásmidos. La transferencia de plásmidos por conjugación es muy eficiente, lo que permite que los plásmidos portadores de genes de resistencia a antibióticos se propaguen rápidamente a través de una población bacteriana. Esto dificulta mucho el control de la propagación de genes de resistencia a los antibióticos.

Resumen de la lección

Recapitulemos: la conjugación es un mecanismo de transferencia horizontal de genes entre células bacterianas. Este es el único mecanismo de transferencia horizontal de genes que requiere el contacto físico entre dos células vivas. La célula donante de ADN se acopla a la célula receptora utilizando el pilus de conjugación hueco. Esto une el citoplasma de las dos células, lo que permite transferir el ADN. El ADN transferido se copia en la célula del donante y la nueva copia se envía a través del pilus al receptor. La transferencia de conjugación de plásmidos es el mecanismo principal para la propagación de genes de resistencia a antibióticos a través de poblaciones bacterianas.

Resultado de la lección

Después de ver este video, debería poder definir la conjugación bacteriana como el proceso que utilizan las células para reproducirse.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador