Rodrigo Ricardo

Transformación bacteriana: definición, proceso y aplicaciones

Publicado el 12 septiembre, 2020

Reproducción sexual bacteriana

¿Las bacterias tienen relaciones sexuales? Esta puede parecer una pregunta extraña. En realidad, la respuesta es algo complicada. A modo de recordatorio, todos estamos familiarizados con el proceso de reproducción sexual en los mamíferos. Un animal macho y un animal hembra contribuyen con su material genético que luego se mezcla y empareja y da como resultado un animal bebé. Este bebé no es un clon de ninguno de los padres. Es decir, su ADN no es idéntico al de la madre ni al del padre. En cambio, el ADN del bebé es una mezcla de los dos. Esta mezcla del ADN parental se denomina recombinación y da como resultado un código de ADN único y un animal único que contribuye a la diversidad genética dentro de la especie.

Ahora para las bacterias. Probablemente adivinó que no, las bacterias no tienen sexo, y estaría en lo cierto, al menos en el sentido clásico. En su mayor parte, las bacterias son clones de sí mismas. Una sola célula bacteriana copiará su ADN, luego la célula se dividirá por la mitad, dando a cada mitad de la célula una copia del ADN. Estos son efectivamente clones. Este proceso continúa indefinidamente, dando lugar a grandes poblaciones de células que son clones entre sí.

Ahora aquí es donde se vuelve más interesante. Volviendo a la división de células bacterianas, podemos ver que cada nueva célula bacteriana obtiene su ADN de la original. Podríamos llamar a esto transferencia de genes vertical , o la herencia de genes de la célula madre (original) a la célula descendiente (nueva). Pero hay otro tipo de transferencia de genes que tiene lugar en poblaciones bacterianas que se conoce como transferencia horizontal de genes.. En el sentido más simple, esto implica la transferencia de genes de una célula a otra sin que tenga lugar la división celular. Puede ocurrir entre dos células de la misma especie, o puede ocurrir entre dos células de diferentes especies. Esto permite que las poblaciones bacterianas aprovechen la recombinación para generar diversidad genética. Esto sería como intercambiar genes con sus hermanos o incluso con un extraño que camina por la calle.

Transferencia horizontal de genes

Hay tres mecanismos reconocidos para la transferencia horizontal de genes en bacterias. La conjugación implica la transferencia de ADN de una célula a otra a través de una estructura llamada pilus. La transducción implica la transferencia de genes entre células bacterianas utilizando un virus llamado bacteriófago. La transformación es la capacidad de algunas células para absorber el ADN que flota libremente en el medio ambiente.

Transformación

Hablemos más sobre el proceso de transformación. Las células bacterianas que son capaces de absorber ADN flotante del medio ambiente se denominan células competentes . Las bacterias no siempre son competentes. A veces, cuando las condiciones de crecimiento son óptimas (en otras palabras, cuando las células están felices y bien alimentadas), no son competentes para la absorción de ADN. Sin embargo, en respuesta a alguna señal, ya sea estrés, inanición u otros factores, una célula puede activar genes que le permiten volverse competente.

En entornos naturales, a medida que las células bacterianas crecen y finalmente mueren, sus células se lisan (o se abren), derramando su ADN en el entorno. El cromosoma del ADN generalmente se divide en trozos que luego flotan libremente. En este punto, una célula competente podría ocupar uno o más de esos fragmentos. Una vez dentro de la célula, el ADN debe incorporarse al cromosoma del ADN de la célula huésped o termina degradándose. Por lo general, solo se pueden incorporar unos pocos genes. Si un gen que se absorbe es similar a un gen que ya se encuentra en el cromosoma, las dos secuencias de ADN se alinearán una al lado de la otra y luego se intercambiarán, reemplazando el gen antiguo por el nuevo. Este es el proceso de recombinación que discutimos antes, donde el material genético se mezcla y empareja, dando como resultado nuevas secuencias.

¿Cuál podría ser una ventaja de ser competente para la transformación? Bueno, las células bacterianas suelen vivir en condiciones ambientales caóticas. Por ejemplo, en un huésped humano, podrían estar lidiando con la falta de nutrientes, la respuesta inmune u otras condiciones estresantes. Si una célula bacteriana puede tomar un nuevo gen que confiera alguna ventaja dentro de ese entorno o del anfitrión, entonces esa célula puede expresar ese gen y superar a sus vecinas, convirtiéndose en dominante en la población. En la enfermedad, esto puede resultar en la evolución de organismos que pueden causar enfermedades más graves o que son resistentes a los antibióticos.

Ahora, antes de empezar a pensar que todas las bacterias se están transformando, realmente solo se ha observado en condiciones naturales en unas 40 especies bacterianas. Dentro de las poblaciones de estas células competentes, solo alrededor del 1% realmente lleva a cabo el proceso completo, y solo pueden tomar ADN que es muy similar al suyo.

La transformación como herramienta para la biotecnología

La transformación es, obviamente, un mecanismo importante para generar diversidad genética en poblaciones naturales. Pero la transformación es también una de las herramientas clave utilizadas en la biotecnología moderna y ha permitido importantes avances en ingeniería genética. Los científicos pueden diseñar y construir fragmentos de ADN que contengan genes que les interesan y luego transferir estos genes a células bacterianas competentes que luego pueden convencer para que expresen los genes. Imagínese que hay una proteína que una industria quiere fabricar en grandes cantidades. Si pueden poner el gen de esta proteína en células bacterianas, pueden utilizar estas células como una fábrica para expresar el gen, construir la proteína y generar cantidades masivas.

Resumen de la lección

En resumen, la herencia de material genético en bacterias es complicada, tanto con la herencia vertical de la célula madre a la célula descendiente como con la transferencia horizontal de genes de una célula a otra. Uno de los mecanismos para la transferencia horizontal de genes es la transformación . En este proceso, las células bacterianas se vuelven competentes para tomar ADN libre de su entorno. Luego pueden incorporar este ADN a su genoma, generando diversidad genética dentro de la población. El proceso de transformación no solo es importante en poblaciones naturales sino que también se ha convertido en una herramienta utilizada en biotecnología para crear cepas bacterianas que expresan genes deseados.

Resultado de aprendizaje

Después de completar esta lección, verá que la transformación bacteriana puede ser natural o inducida para su estudio y que involucra ADN libre. También podría citar tres mecanismos reconocidos para la transferencia horizontal de genes y proporcionar detalles sobre el proceso de transformación.

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