FUNCIONES DE LOS PLÁSMIDOS

FUNCIONES DE LOS PLÁSMIDOS

La presencia de plásmidos transmisibles confiere a las bacterias propiedades que complementan su capacidad para colonizar ambientes adversos, favorece el intercambio genético intracelular, y garantiza la diseminación horizontal de genes de resistencia a antibióticos, y de otras funciones, entre géneros distintos.

Los plásmidos sirven como una importante herramienta en laboratorios de genética y bioquímica, donde son comúnmente usados para multiplicar (hacer muchas copias de) o como genes particulares expresos. Muchos plásmidos están disponibles comercialmente para dichos usos.

El gen a ser replicado se inserta en copias de un plásmido el cual contiene genes que hacen células resistentes a un antibiótico en particular. En el paso siguiente el plásmido es insertado en la bacteria por medio de un proceso llamado transformación. Luego, la bacteria es expuesta a un antibiótico particular. Solo la bacteria que toma copias del plásmido sobrevive al antibiótico debido a que el plásmido lo hace resistente. En particular, los genes protectores son expresados (usados para hacer proteína) y la proteína expresada evita la acción del antibiótico. De esta forma, los antibióticos actúan como un filtro que seleccionan únicamente la bacteria modificada. Ahora, estas bacterias pueden ser cultivadas en largas cantidades, cosechadas y el plásmido de interés puede ser aislado.

Otro uso importante de los plásmidos es fabricar grandes cantidades de proteínas. En este se deja crecer la bacteria que contiene el plásmido que encierra al gen de interés. Solo como la bacteria produce la proteína que le confiere si resistencia a los antibióticos, este también puede ser usado para producir proteínas en grandes cantidades desde el gen insertado. Esta es una forma barata y fácil de producir genes o proteínas que este codifica de forma masiva, como por ejemplo insulina, o inclusive antibióticos.

Se los clasifica por su función:

1) Plásmidos de fertilidad: los cuales contienen tra-genes, ellos son capaces de conjugarse.

2) Plásmidos de resistencia: los cuales contienen genes que pueden constituir resistencia contra antibióticos o venenos. Históricamente conocidos como Factores R, antes de que se entendiera la naturaleza de los plásmidos.

3) Col-plásmidos: los cuales contienen genes que codifican colinas y proteínas que pueden matar a otra bacteria.

4) Plásmidos degradativos: los cuales habilitan la digestión de sustancias inusuales como tolueno o ácido salicílico.

5) Plásmidos virulentos: los cuales convierten la bacteria en un patógeno

Otra clasificación en cuanto la función de que los plásmidos sean o no transmisibles de una bacteria a otra por medio de contactos intercelulares, se pueden distinguir:

A.   Plásmidos Conjugativos (auto transmisible): Que son aquellos que se transfieren entre cepas por medio de fenómenos de conjugación. Algunos de estos plásmidos no sólo se transfieren entre cepas de la misma especie, sino que son capaces de hacerlo entre especies y géneros muy diversos, recibiendo el muy apropiado nombre de plásmidos promiscuos o de amplio espectro de hospedadores, permitiendo transferencia horizontal de información genética entre grupos bacterianos filogenéticamente alejados.

B.   Plásmidos No Conjugativos: Carentes de esta propiedad de conjugación. Dentro de esta categoría existe un subgrupo, el de los plásmidos movilizables: son aquel no auto transmisible que pueden ser transferidos por la acción de un plásmido conjugativo coexistente en la misma bacteria.

Los plásmidos no suelen ser indispensables para la viabilidad de la bacteria, y muchos de ellos se pierden en ausencia de una presión selectiva. Una bacteria puede ser “curada” de su(s) plásmido(s), es decir, se le pueden eliminar, bien de forma espontánea, bien por una serie de tratamientos en el laboratorio (incubando las bacterias a temperaturas cercanas a la máxima o por agentes químicos como el naranja de acridina, que se insertan entre las bases del ADN). La razón de esta curación de los plásmidos es que esos tratamientos interfieren con su replicación sin afectar a la replicación del cromosoma. Esto hace que en sucesivas divisiones de una bacteria, el plásmido se vaya “diluyendo” en la población resultante.

Los plásmidos no suelen determinar productos esenciales para el crecimiento (por eso son dispensables), pero en la naturaleza parece que resultan favorecidas las bacterias con algún plásmido, quizá porque acarrean ventajas selectivas en determinados ambientes o en determinadas condiciones. Existe una variedad de fenotipos y funciones determinados por plásmido:

·         Resistencia a antibióticos (plásmidos R; los estudiaremos en la sección de Genética).

·    Resistencia a metales pesados (por ejemplo, resistencia a mercurio).

·    Plásmidos de virulencia: producción de toxinas, factores de penetración en tejidos, adherencia a tejidos del hospedador, etc., en ciertas bacterias patógenas.

·    Producción de bacteriocinas (proteínas tóxicas producidas por bacterias que matan a otras de la misma especie).

·    Producción de sideróforos (quelatos para secuestrar iones Fe3+).

·    Utilización de determinados azúcares.

·    Utilización de hidrocarburos, incluyendo algunos cíclicos recalcitrantes (degradación de tolueno, xileno, alcanfor, etc.) en Pseudomonas.

·    Inducción de tumores en plantas (plásmido Ti de Agrobacterium tumefaciens).

·    Interacciones simbióticas y fijación de nitrógeno en ciertos Rhizobium.

Funciones celulares codificadas por plásmidos

A.    POR TODOS LOS PLÁSMIDOS

1.    Autorreplicación

B.    POR ALGUNOS PLÁSMIDOS

1.    Autotransferencia.

2.    Resistencia a agentes antimicrobianos

a)    Antibióticos: por ejemplo, estreptomicina, penicilina, kanamicina, neomicina, cloranfenicol, tetraciclina.

b)    Agentes quimioterapéuticos sintéticos: por ejemplo, sulfamida y trimetoprima.

c)    Metales pesados: por ejemplos, Ag, Hg y Cd.

3.    Producción de pigmentos.

4.    Producción de toxinas.

5.    Funciones catabólicas: por ejemplo, degradación de lactosa, octano y alcanfor.

6.    Sensibilidad y resistencia a los fagos.

7.    Producción de antibióticos

8.    Producción de bacteriocina

9.    Inducción de tumores vegetales

10.  Producción de H2S

11.  Restricción y modificación controlada por el hospedador

MECANISMOS DE INTERCAMBIO GENETICO

Aunque en nuestros conocimientos solo sepamos el intercambio genetico de un mismo organismo, es de interes nuestro, saber que los genes tambien pasan en este caso de estudio en bacterias, de unos a otros con mucha frecuencia, pues los genes pueden introducirse en otras bacterias o incluso en otros organismos.

Rasgos generales de la transferencia genética en bacterias:

a)                         La transferencia es unidireccional, es decir, tiene una determinada polaridad, existiendo células donadoras y células receptoras.

b)                         La transferencia del genomio de una célula a otra no suele ser total, sino parcial.

c)                         Parte del material genético, una vez introducido en la célula receptora, sufre inmediatamente un fenómeno de recombinación con el genomio de la receptora. El resto del material de la donadora o no se replica, o se ve destruido.

d)                         Como se puede deducir, tras los procesos de transferencia genética bacteriana, no surge una diploidía total (como es el caso en eucariotas), sino una diploidía parcial, que recibe el nombre de merodiploidía. Las células bacterianas diploides parciales reciben la denominación de merodiploides o merozigotos. Además, la merodiploidía suele ser transitoria.

Este tipo de intercambio genético unidireccional, con diploidía transitoria parcial, se denomina meromixia, para distinguirlo de la reproducción sexual de eucariotas.

·                     El genomio de la célula receptora se suele denominar endogenote.

·                     La porción de genomio de la cél. donadora que se transfiere se llama exogenote.

Los procesos de transferencia genética en bacterias son de tres grandes tipos, más una variante adicional de uno de ellos:

TRANSFORMACIÓN: captación y asimilación de ADN libre (desnudo), a partir del medio, por parte de una célula receptora. se puede definir como la variación hereditaria de una célula bacteriana susceptible, originada por la captación de ADN desnudo libre en el medio, con la posterior recombinación del exogenote con el genomio de la célula en cuestión (endogenote). Tras la transformación, la célula que ha recibido el ADN se suele denominar transformante

Se presenta cuando un gen se adquiere a través de un plásmido o si se ha entregado al cromosoma de una célula receptora como parte del fragmento de ADN. Al igual que en bacterias Gram-negativas que en Gram-positivas esta transformación requiere que el ADN libre sea estable y que las células receptoras estén capacitados para incorporarlo pues estas receptoras deben presentar en su superficie proteínas especializadas que se une al ADN y lo introduzcan al interior, es decir incorporar ADN extracelular.

CONJUGACIÓN: transferencia directa de material genético, promovida por un plásmido, desde una célula donadora a otra receptora, por medio de contactos íntimos entre ambas (puentes de unión) , con intervención de estructuras superficiales especializadas y de funciones específicas.

Una variante de la conjugación es la SEXDUCCIÓN: en ella, un trozo definido de material  genético de la donadora es transferido como parte de un plásmido conjugativo.

TRANSDUCCIÓN: el material genético es transportado desde la cél. donadora a la receptora por medio de un virus bacteriano (o sea, un bacteriófago o simplemente, fago), que actúa como vector.