El genoma bacteriano: estructura y organización

Genoma

El ADN es el lenguaje de la vida. Al igual que usted, las bacterias tienen ADN que almacena información genética. La estructura básica del ADN de Watson y Crick es idéntica en usted, su perro y las bacterias que viven en usted y dentro de usted y su perro. Pero el genoma de un organismo es mucho más que las bases del ADN. Una vez que realmente profundizamos en el genoma bacteriano, podemos ver algunas diferencias importantes entre los genomas de usted y su perro y un genoma bacteriano.

Un genoma es el conjunto completo de genes de un organismo. Un genoma bacteriano generalmente está compuesto por un cromosoma circular único. Probablemente aprendió que su genoma es diploide , lo que significa que tiene dos copias de cada cromosoma, una de cada padre. Sin embargo, a diferencia de los humanos, 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. Dado que solo hay una copia del cromosoma, las células bacterianas se consideran haploides .

En las células eucariotas, como en sus propias células, los cromosomas están contenidos dentro de una membrana llamada núcleo. Las bacterias se consideran procariotas o células que carecen de núcleo. En las bacterias, el cromosoma no está encerrado por una membrana, sino que está ubicado en el nucleoide . El nucleoide es la ubicación citoplásmica del material genético bacteriano. No es un núcleo porque carece de una membrana nuclear , pero aun así logra empacar el cromosoma en un pequeño espacio dentro del citoplasma . Las proteínas ayudan a mantener el cromosoma en este espacio nucleoide, que está lleno de material genético y carece de ribosomas. Esta área nucleoide generalmente ocupa aproximadamente 1/3 del volumen interior de las bacterias.

Superenrollamiento

¿Por qué las bacterias necesitarían empaquetar el cromosoma en un área pequeña dentro del citoplasma? ¿Por qué no dejarlo flotar libremente? Bueno, si sacas el cromosoma circular, lo cortas y lo colocas en línea recta, mediría alrededor de 1,5 milímetros. Eso puede parecer pequeño, ¡pero la célula bacteriana promedio tiene solo 1-2 micrómetros de longitud! Eso significa que el cromosoma tiene más de 500 veces la longitud de la célula. Si el cromosoma no estuviera empaquetado firmemente en el nucleoide, todo el citoplasma podría ser absorbido por el cromosoma, dejando poco espacio para otros procesos importantes como el metabolismo celular y la síntesis de proteínas. Entonces, la pregunta es: ¿cómo puede la célula adaptarse a un cromosoma que tiene más de 500 veces la longitud de la propia célula?

La respuesta es superenrollamiento . Un cromosoma superenrollado se ha retorcido y enrollado alrededor de sí mismo con mucha fuerza. Sé que puede ser difícil de imaginar, pero en la época anterior a los teléfonos móviles, todo el mundo tenía un teléfono de la casa con un cable largo, normalmente enredado. Estos cables telefónicos están enrollados en forma helicoidal, similar al ADN. Si toma un extremo de un cable y comienza a torcerlo, apretando las bobinas, eventualmente las bobinas se tensarían tanto que el cable se doblaría. Si continuaba girando, el cable continuaría retorciéndose y acortándose hasta que todo el cable formara una bola pequeña y apretada. El cromosoma bacteriano también hace esto, pero requiere algo de ayuda para lograr esta torsión apretada. Las proteínas pueden unirse al ADN y torcer el cromosoma en bucles de aproximadamente 10,000 pares de bases.. Estos bucles se denominan estructuras de dominio en bucle y, a medida que se acumulan, le dan al cromosoma una forma de «flor» en lugar de una disposición circular abierta.

Tamaño del genoma

Entonces, ¿por qué el cromosoma bacteriano tiene que ser tan grande en primer lugar? La respuesta corta es que el cromosoma debe contener todos los genes necesarios para la supervivencia celular. Acabamos de examinar dónde reside el genoma bacteriano en la célula y su conformación. Ahora veamos algunas características generales del genoma bacteriano promedio.

Un cromosoma bacteriano promedio está entre 0.16 Mb y 10 Mb. Una megabase (Mb) es igual a un millón de pares de bases. Eso significa que el cromosoma es una cadena de hasta 10 millones de As, Gs, Cs y Ts. E. coli , por ejemplo, tiene alrededor de 5 Mb en su genoma, con alrededor de 4.400 genes diferentes que codifican unos pocos miles de proteínas diferentes. Entonces, el cromosoma es tan largo porque tiene que codificar todos estos genes.

Hay muchas especies diferentes de bacterias y, del mismo modo, existen muchas longitudes diferentes de genoma. En general, las bacterias de vida libre tienen genomas más largos y más genes que las bacterias que son simbiontes obligados o parásitos obligados. Los simbiontes y parásitos obligados suelen vivir dentro de un entorno de anfitrión protegido o limitado y no pueden sobrevivir fuera del anfitrión. Durante largos períodos de tiempo, estos organismos comienzan a perder genes que no son esenciales. Algunos simbiontes y parásitos obligados pueden utilizar algunos de los productos genéticos del huésped, eliminando la necesidad de mantenerlos en su propio genoma.

Plásmidos

Algunas especies de bacterias complementan su cromosoma utilizando fragmentos adicionales de ADN. Los plásmidos son cadenas de ADN extracromosómicas pequeñas, circulares, que se encuentran en algunas bacterias. Los plásmidos no portan ningún gen esencial para el crecimiento o la función bacteriana normal. En cambio, puede considerar estos genes accesorios. La eliminación de los plásmidos de una especie no daría lugar a la muerte de la célula, pero podría cambiar algunas de sus habilidades o características. De hecho, algunos plásmidos portan genes que proporcionan una ventaja selectiva en el medio ambiente. Algunos plásmidos portan genes que permiten la conjugación bacteriana, la resistencia a los antibióticos o incluso la producción de antibióticos.

Resumen de la lección

En esta lección, examinamos las principales características del genoma bacteriano. Aprendimos que las bacterias tienen un solo cromosoma circular y haploide. La hebra de ADN está alojada en un nucleoide que carece de membrana. El superenrollamiento de la hebra hace que se empaque y se tuerza en una bola compacta que encaja en la celda, ocupando aproximadamente 1/3 del volumen interior.

El genoma bacteriano promedio tiene hasta diez millones de bases, y los genomas simbiontes obligados tienden a ser mucho más pequeños que las especies de vida libre. Además de un solo cromosoma grande, las bacterias también pueden tener pequeños plásmidos circulares. Estos no son esenciales para la vida, pero a menudo confieren una ventaja selectiva en el entorno de las bacterias.

Resultado de la lección

Al terminar este video, los estudiantes deberían poder:

• Entender que las bacterias tienen ADN
• Describe el superenrollamiento
• Recordar el tamaño del genoma
• Definir plásmidos

Rodrigo Ricardo Editor y fundador