MUTACIÓN: modificación heredable en la secuencias de bases de un genoma (pequeños cambios en la célula) Frecuencia de mutaciones espontáneas en un gen típico de 1000 pb: 10-6 y 10-9 por generación ó 10-6 y 10-9 Kpb durante un sólo ciclo de replicación.

Causas de mutaciones: Errores en la replicación del DNA Mutágenos: químicos, luz UV o rayos X. Posibles efectos: Sin ningún efecto: mutación silenciosa Producción de una proteína defectuosa o incompleta: mutación de cambio de sentido ó sin sentido Producción de una proteína con función disminuida

Puntuales: sólo cambian un único par de bases. reversibles Mutaciones: Espontáneas: sin intervención humana, radiación natural o radicales de oxígeno . Errores de apareamiento durante la replicación del DNA. Inducidas: con intervención humana. Usadas en ingeniería genética Puntuales: sólo cambian un único par de bases. reversibles Sustitución: modificación química del ADN: radicales de O2, (guanina en 8 –hidroxiguanina) inserción de una base anómala durante la replicación perdida o ganancia de un par de bases A G C T Transiciones Transversiones Inserción Deleción

De cambio de sentido 1° ó 2° base Mutaciones por sustituciones de pares de bases: su efecto en el fenotipo - Silenciosa (3° base) - sin sentido - modificadora de función C A - supresora de función - neutrales De cambio de sentido 1° ó 2° base Sin sentido 3°base

Mutaciones de varios pares de bases Inserciones: un trozo de DNA se inserta en un gen. Deleciones : eliminación de un fragmento de un gen Traslocaciones: gran sección de DNA cromosómico se desplaza a una nueva ubicación (reordenaciones por errores en la recombinación) Inversiones: en las que la orientación de un segmento del DNA cambia con respecto al DNA circundante. Las inserciones o deleciones afectan el marco de lectura: VPC VLV VL Las mutaciones por desplazamiento en la pauta de lectura provocan cambios mas drásticos en el DNA, a menudo tienen como resultado la pérdida completa de la funcionalidad del gen.

Las mutaciones pueden ser inducidas por agentes químicos, físicos o biológicos.

análogos de base nucleotídica productos alquilantes (nitrosoguanidina) Mutágenos químicos: análogos de base nucleotídica productos alquilantes (nitrosoguanidina) productos que reaccionan con el ADN agentes intercalantes (acridina, Br de etidio) Sustitución de pares de bases desplazamiento del marco de lectura inserción o deleción

Radiaciones no ionizantes ó ultravioleta: Agentes físicos: radiaciones Radiaciones no ionizantes ó ultravioleta: Las bases del DNA absorben fuertemente a 260 nm. Formación de dímeros de pirimidina: se unen covalentemente entre si, (CT) en la misma cadena de DNA, lo que impide el paso o aumenta la probabilidad de lectura errónea por la DNA polimerasa. Muy útil para aislamiento de células mutantes a dosis adecuadas. Radiaciones ionizantes: rayos X y  Producen ionización del agua: radicales libres OH. que reaccionan con macromoléculas; DNA, produciendo lesiones

Radiaciones no ionizantes:UV Produce dímeros de timina o pirimidinas Deformación de la hélice del ADN que induce errores durante la replicación Reconocimiento por sistema reparador La reparación es susceptible de cometer errores

RECOMBINACIÓN: intercambio físico de DNA entre elementos genéticos (grandes cambios en la célula)

Flujo de la información genética en células procariotas Tomado de : Tortora, G,J.,Funke, B.R., Case, C. L. Introducción a la Microbiología. 9ª ed.

Intercambio genético en procariotas Tomado de Brock. Microbiología de los microorganismos. 12° edición

Recombinación Intercambio físico de DNA entre elementos genéticos. Implica la ruptura física y posterior unión de hebras de ADN de forma tal que intercambian el contenido de ADN resultando en dos “nuevas” hebras. Se da en sitios específicos de las moléculas de ADN involucradas: secuencias homologas Sólo ocurre en zonas con alta homología

Mecanismo de recombinación homóloga Ruptura de la hebra (endonucleasa) Estabilización por proteínas de unión a cadena sencilla Rec A: Invasión del extremo 3’OH en zonas de homología. Heteroduplex Movimientos de la horquilla de recombinación Intermediario de Holliday Resolución de la cruz de Holliday: resolvasas

Recombinación genética -Recombinación homóloga: entre secuencias homólogas de dos fuentes diferentes Mecanismo: -Helicasa y endonucleasa (Rec BCD) -Proteína de unión a cadena sencilla (SSB) -Rec A (invasión de cadena) -Heterodúplex -Uniones de Holliday -Resolvasa (RecG y RuvC) La recombinación genética en procariotas sólo se produce luego de la transferencia de fragmentos de DNA homólogos desde un cromosoma donador a una célula receptora, mediante transformación, transducción o conjugación) Tomado de Brock. Microbiología de los microorganismos. 12° edición

El genoma procariota evoluciona por : mutación rearreglos internos del ADN adquisición de ADN de otras células por transferencia horizontal (recombinación)

Intercambio genético y recombinación Unidireccional: De donante a receptor Puede ser entre especies distintas Mecanismos: Transformación Conjugación Transducción

Plásmidos: elementos genéticos extracromosomales A-Principios generales: DNA bicatenario, superenrollado y circular Se replican independientemente No tienen forma extracelular Portan genes no esenciales Menos del 5% del tamaño del DNA cromosómico Tamaño: 1 a 100 kpb B-Replicación: Gram negativos: Igual al cromosoma: ori R, bidireccional, theta Gram positivos: mecanismo del circulo rodante. C-Episomas: plásmidos que se integran al cromosoma bacteriano Tomado de Brock. Microbiología de los microorganismos. 12° edición

Tipos de plásmidos Plásmidos que confieren propiedades metabólicas especiales, degradar contaminantes tóxicos Plásmidos de Resistencia ®: que confieren resistencia a antibióticos. Ej: plásmido R100 del grupo de bacterias entéricas Plásmidos que codifican toxinas y otras características de virulencia. Ej: factor de antigénico de colonización, hemolisina, enterotoxina de E. coli enteropatógenas Plásmidos que producen bacteriocinas: Ej: Colicinas de E. coli: forma canales en la m. celular, incapacidad de formar energía. Nucleasas de E.coli: E2 y E3 Plásmidos conjugativos: dirigen la transferencia de su DNA o del cromosoma bacteriano por conjugación. Región tra: transferencia y apareamiento

DNA móvil: elementos genéticos transponibles Segmentos de DNA capaces de mudarse de una localización a otra. - Siempre insertos en otra molécula de DNA - Movimiento al azar No poseen su propio oriR Se replican como parte de otra molécula de DNA: cromosoma, plásmido o virus Transposición mediante recombinación especifica (transposasa) Secuencias invertidas cortas Tomado de Brock. Microbiología de los microorganismos. 12° edición

Tipos de Elementos Transponibles Secuencias de Inserción (IS): Elementos que portan sólo los genes de transposición. Segmentos cortos. Transposasa y repeticiones invertidas en los extremos. Se encuentran en el cromosoma o en plásmidos. Transposasa ABCDEFG GFEDCBA Transposones (Tn): Elementos que portan otros genes además de los de transposición. Mas grandes. Transposasa y repeticiones invertidas en los extremos. Incluyen genes de resistencia a antibióticos

Mutagénesis por transposones