Share to: share facebook share twitter share wa share telegram print page

Conxugación bacteriana

A conxugación bacteriana é a transferencia de material xenético entre células bacterianas por contacto directo entre células ou pola formación dunha ponte de conexión entre as células.[1] Foi descuberta en 1946 por Joshua Lederberg e Edward Tatum.[2] A conxugación é un mecanismo de transferencia horizontal de xenes, e xunto coa transformación e a transdución (que non implican contacto entre células), é un mecanismo denominado parasexual, xa que lembra algúns aspectos da sexualidade (intercambio de xenes), aínda que é moi diferente dunha reprodución sexual, xa que as células non se reproducen (empezan sendo dúas e acaban sendo dúas) nin se pode falar propiamente de "sexos" senón de bacterias doantes e receptoras, e xeralmente só se transmite unha pequena cantidade de material xenético.[3]

Durante a conxugación, a célula doante do material xenético cede un elemento xenético mobilizable ou conxugativo, que adoita a ser un plásmido ou un transposón.[4][5] A maioría dos plásmidos conxugantes teñen sistemas para asegurar que a célula receptora non contén xa un elemento similar.

A información xenética transferida é con frecuencia beneficiosa para o receptor, xa que pode conter xenes para a resistencia a antibióticos, tolerancia xenobiótica ou capacidade de utilizar novos metabolitos.[6] Estes plásmidos beneficiosos poden ser considerados similares a endosimbiontes bacterianos. Outros elementos transferidos poden non conter xenes beneficiosos e poden considerarse similres a parasitos, que se reproducen, e a conxugación podería interpretarse como un mecanismo que evolucionou para permitir a súa propagación.

Mecanismo

Esquema da conxugación bacteriana. 1- A célula doante forma un pilus sexual. 2- O pilus únese á célula receptora e prodúcese un arrastre que as achega. 3- O plásmido móbil é cortado nun punto e transfírese unha cadea simple de ADN á célula receptora. 4- Ambas as células sintetizan unha cadea complementaria que produce un plásmido circular bicatenario e tamén reproducen os pili, e ambas as células convértense agora en "doantes" viables.

O plásmido conxugativo prototípico é o plásmido F, ou factor F.[1] O plásmido F é un episoma (un plásmido que pode integrarse no cromosoma bacteriano por recombinación homóloga) que ten un tamaño dunhas 100 kb. O plásmido ten a súa propia orixe de replicación, chamada oriV, e unha orixe de transferencia, ou oriT.[4] Só pode haber unha copia do plásmido F nunha bacteria dada, que pode estar libre ou integrada, e a bacteria que posúe unha copia denomínase F positiva ou F máis (F+). As células que carecen de plásmido F chámanse F negativas ou F menos (F-) e funcionan como células receptoras.

Entre outras informacións xenéticas o plásmido F contén os loci tra e trb, que xuntos supoñen 33 kb e constan duns 40 xenes. O locus tra inclúe o xene da pilina e xenes regulatorios, que servirán en conxunto para formar os pili na superficie celular. O locus inclúe tamén os xenes das proteínas que se unen á superficie das bacterias F- e inician a conxugción. Aínda que hai certo debate sobre o mecanismo exacto da conxugación, parece que os pili non son as estruturas a través das cales se produce o intercambio de ADN. Isto foi observado en experimentos nos que se permitía que os pili tomasen contacto, pero nos que despois eran desnaturalizados con SDS, a pesar do cal a transferencia do ADN podía ter lugar. Parece que varias proteínas codificadas nos loci tra ou trb abren un poro ou canal entre as bacterias e pénsase que o encima traD, localizado na base do pilus, inicia a fusión das membranas. Por ese canal transferirase o ADN.

Cando un sinal fai que se inicie a conxugación o encima relaxase fai un corte ou amosega nunha das cadeas do ADN do plásmido conxugativo na orixe oriT. A relaxase pode funcionar soa ou formando un complexo cunha ducia de proteínas, o cal se denomina relaxosoma. No sistema do plásmido F o encima relaxase denomínase TraI e o relaxosoma consta de TraI, TraY, TraM e o factor hóspede integrado IHF. A cadea de ADN coa amosega, ou cadea T, vaise desenrolando da cadea complementaria intacta (sen a amosega) á vez que se transfire á célula receptora en dirección 5'-3'. A cadea restante replícase (para volver a facerse bicatenaria) quer independentemente do proceso conxugativo (é a replicación vexetativa que comeza en oriV) quer á vez que ten lugar a conxugación (é a replicación conxugativa similar á dos círculos rodantes do fago lambda). A replicación conxugativa pode requirir que se faga unha segunda amosega antes de que se poida facer a transferencia con éxito. Un informe recente indicou que se inhibiu a conxugación con substancias químicas que imitaban un paso intermedio necesario para facer esta segunda amosega.[7]

Se o plásmido F que se transfire foi integrado previamente no xenoma do doante, parte do ADN cromosómico do doante pode tamén transferirse xunto do ADN do plásmido.[3] A cantidade de ADN cromosómico que se transfire depende do tempo en que as dúas bacterias conxugantes permanecen en contacto. Nas estirpes comúns de laboratorio de E. coli a transferencia do cromosoma bacteriano completo leva uns 100 minutos. O ADN transferido pode despois integrarse no xenoma do receptor por recombinación homóloga.

Un cultivo celular que contén na súa poboación células con plásmidos F non integrados xeralmente tamén contén unhas poucas células que casualmente integraron os seus plásmidos. Algunhas estirpes de bacterias con plásmidos F integrados poden illarse e cultivarse en cultivos puros. Como ditas estirpes transfiren os xenes cromosómicos moi eficientemente reciben o nome de células Hfr (high frequency of recombination, de alta frecuencia de recombinación). O xenoma de E. coli foi mapeado inicialmente interrompendo os experimentos de conxugación nos que varios tipos de células Hfr estaban transferindo ADN ás receptoras antes de que se chegase a 100 minutos de duración do experimento (inicalmente utilizouse unha batedora Waring). Despois estudábanse os xenes que foran transferidos ata ese momento.

Transferencia entre reinos

A fixación do nitróxeno que realizan os rizobios é un caso moi interesante de conxugación entre reinos.[8] Por exemplo, o plásmido indutor de tumores (Ti) das bacterias do xénero Agrobacterium e o plásmido indutor de tumores na raíz (Ri) da especie A. rhizogenes conteñen xenes que poden faciliatar a transferencia de xenes ás células das plantas (do reino das bacterias ao reino das plantas). A expresión destes xenes produce unha transformación efectiva das células da planta en células produtoras de opinas. As opinas son substancias formadas pola unión de aminoácidos con cetoácidos ou con azucres. As bacterias utilizan as opinas como fontes de nitróxeno e enerxía. As células infectadas por Agrobacterium tumefaciens ou Agrobacterium rhizogenes, forman tumores na planta. Os plásmidos Ti e Ri poden considerarse endosimbiontes na bacteria, que son á súa vez endosimbiontes (ou parasitos) da planta infectada.

Os plásmidos Ti e Ri poden tamén transferirse entre bacterias utilizando un sistema chamado operón tra, ou operón transfer ou de transferencia) que é diferente e independente do sistema usado para a transferencia entre distintos reinos (na que se usa o operón vir, ou operón da virulencia). Estas transferencias crean estirpes bacterianas virulentas a partir de estirpes que previamente non o eran.

Aplicacións en Enxeñaría Xenética

A conxugación é un método útil para transferir material xenético (enxeñaría xenética) a diversos organismos, como bacterias, lévedos,[9] células de plantas, e mamíferos [10][11] ou a mitocondrias illadas de mamífero.[12] A conxugación ten vantaxes sobre outras formas de transferencia xenética como son o causar un trastorno ou alteración mínima na envoltura celular da célula diana ou a capacidade de transferir cantidades relativamente grandes de material xenético. Na enxeñaría xenética de plantas, a conxugación do tipo Agrobacterium complementa o uso doutros vehículos estándar como o virus do mosaico do tabaco (TMV). Este virus pode infectar moitas familias de plantas, pero son principalmente dicotiledóneas herbáceas. A conxugación de tipo Agrobacterium tamén se usa principalmente para dicotiledóneas, pero tamén serve para monocotiledóneas.

Notas

  1. ↑ 1,0 1,1 Holmes RK, Jobling MG (1996). Genetics: Conjugation. in: Baron's Medical Microbiology (Baron S et al., eds.) (4th ed.). Univ of Texas Medical Branch. ISBN 0-9631172-1-1. 
  2. ↑ Lederberg J, Tatum EL (1946). "Gene recombination in E. coli". Nature 158 (4016): 558. doi:10.1038/158558a0. 
  3. ↑ 3,0 3,1 Griffiths AJF; et al. (1999). An Introduction to genetic analysis (7th ed.). San Francisco: W.H. Freeman. ISBN 0-7167-3520-2. 
  4. ↑ 4,0 4,1 Ryan KJ, Ray CG (editors) (2004). Sherris Medical Microbiology (4th ed.). McGraw Hill. pp. 60–4. ISBN 0-8385-8529-9. 
  5. ↑ Russi; et al. (2008). "Molecular Machinery for DNA Translocation in Bacterial Conjugation". Plasmids: Current Research and Future Trends. Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-35-6. 
  6. ↑ Holmes RK, Jobling MG (1996). Genetics: Exchange of Genetic Information. in: Baron's Medical Microbiology (Baron S et al., eds.) (4th ed.). Univ of Texas Medical Branch. ISBN 0-9631172-1-1. 
  7. ↑ Lujan SA, Guogas LM, Ragonese H, Matson SW, Redinbo MR (2007). "Disrupting antibiotic resistance propagation by inhibiting the conjugative DNA relaxase". PNAS 104 (30): 12282–7. JSTOR 25436291. PMC 1916486. PMID 17630285. doi:10.1073/pnas.0702760104. 
  8. ↑ Pan SQ, Jin S, Boulton MI, Hawes M, Gordon MP, Nester EW (1995). "An Agrobacterium virulence factor encoded by a Ti plasmid gene or a chromosomal gene is required for T-DNA transfer into plants". Mol. Microbiol. 17 (2): 259–69. PMID 7494475. doi:10.1111/j.1365-2958.1995.mmi_17020259.x. 
  9. ↑ Heinemann JA, Sprague GF (1989). "Bacterial conjugative plasmids mobilize DNA transfer between bacteria and yeast". Nature 340 (6230): 205–9. PMID 2666856. doi:10.1038/340205a0. 
  10. ↑ Kunik T, Tzfira T, Kapulnik Y, Gafni Y, Dingwall C, Citovsky V (2001). "Genetic transformation of HeLa cells by Agrobacterium". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 98 (4): 1871–6. PMC 29349. PMID 11172043. doi:10.1073/pnas.041327598. 
  11. ↑ Waters VL (2001). "Conjugation between bacterial and mammalian cells". Nat. Genet. 29 (4): 375–6. PMID 11726922. doi:10.1038/ng779. 
  12. ↑ Yoon YG, Koob MD (2005). "Transformation of isolated mammalian mitochondria by bacterial conjugation". Nucleic Acids Res. 33 (16): e139. PMC 1201378. PMID 16157861. doi:10.1093/nar/gni140. 

Véxase tamén

Outros artigos

Ligazóns externas
Kembali kehalaman sebelumnya