miércoles, 6 de junio de 2012

Tarea U9-- ¿Las bacterias de diferentes especies pueden compartir plasmidos por transformación?

SI PUEDEN:

La obtención de células competentes en E. coli consiste en ir concentrando un cultivo recogido en fase logarítmica, mediante lavados sucesivos en una solución fría (4ºC) de Cl2Ca, tras lo cual la mezcla de células y ADN se someten a unos 2 min. a 42ºC (choque por calor). Este tratamiento altera las envueltas (sobre todo la membrana externa) y aumenta su permeabilidad al ADN. Los plásmidos (pueden de especies similares o diferentes) entran a la célula como moléculas de cadena doble intactas, mientras que los ADN lineales, que entran de la misma forma, son degradados por nucleasas citoplásmicas (RecBCD). Los transformantes se suelen seleccionar en base a la resistencia a algún o algunos antibióticos conferidos por los plásmidos artificiales usados en Ingeniería Genética

Pero también se puede llevar acabo la transferencia del ADN de forma artificial. Esto con la intervención del humano, llevando acabo diferentes técnicas para hacer mejoramientos de organismos, utilizando diferentes especies y entre diferentes especies. recombinando el ADN de los organismos. También por que muchas especies de bacterias carecen de sistemas naturales de transformación.



En los últimos años se ha logrado desarrollar sistemas artificiales para producir “células competentes” en algunas de ellas (como Escherichia coli, Salmonella typhimurium  y algunas especies de Pseudomonas), lo cual ha hecho avanzar los estudios genéticos, especialmente mediante manipulaciones in vitro: por ejemplo, la transformación artificial de E. coli con ADN plasmídico es una de los métodos básicos de la Ingeniería Genética.


La transformación es la transferencia genética que resulta de la incorporación de DNA desnudo por una célula receptora desde una célula donadora. Ciertas bacterias (ej. Bacillus, Haemophilus, Neisseria, Pneumococcus) son capaces de tomar DNA del medio ambiente y ese DNA que es introducido puede llegar a ser incorporado al cromosoma de la célula bacteriana receptora. Esto se llama transformación natural. Porqué si puede ser transferido ADN entre bacterias de especies diferentes?. Porqué lo que se requiere para que se lleve correctamente la transferencia por transformación es que exista homología entre el ADN de la bacteria donante y el ADN  de la bacteria receptora, esto para que se pueda llevar la recombinación adecuadamente. Es decir, cualquier porción del genoma de la célula donante puede incorporarse, siempre y cuando sea igual o similar a la de la célula receptora. El DNA de la célula donante para que pueda ser incorporado al cromosoma de la célula receptora y no tenga ningún problema para ser incorporado debe tener las siguientes características: debe ser de doble hélice, similar al DNA de la célula receptora, por que el ADN  de la bacteria donadora que entra a la bacteria receptora, se pega en la región que exista mayor homología entre las bases, esto para que se lleve acabo la recombinación del ADN, debe tener bajo peso molecular y  tamaño pequeño. Con estas características la bacteria que las presente, puede ser donadora para otras, sin necesidad de pertenecer a la misma especie. Pueden ser de diferentes especies o cercanas. Con estas recombinaciones se ha logrado que numerosas bacterias sean inmunes a diferentes antibióticos y como consecuencia se hacen más fuertes y logran transmitir esas características a sus descendientes, cuando se dividen.
BIBLIOGRAFIA

Tarea U8.. CONTROL GENETICO DEL GEN BRCA


Una investigación llevada a cabo en Memphis (Estados Unidos) propone que ciertos genes previenen el cáncer y también guían el desarrollo normal del sistema nervioso antes del nacimiento y durante la infancia mediante la reparación del ADN dañado. Se ha demostrado que el gen Brca2 desempeña un doble papel en el desarrollo del sistema nervioso: elimina los errores que se producen en el ADN debido a la formación de nuevas copias de cromosomas y evita la formación de los meduloblastomas. Los meduloblastomas son un tipo de cáncer de cerebelo que constituye el 20% de los tumores cerebrales de la infancia; más de la mitad aparecen en niños menores de 6 años.


 El gen Brca2 es importante porque como el cerebelo crece en tamaño y complejidad antes y después del nacimiento, se produce una rápida formación de nuevas células nerviosas. Este estudio muestra que el gen actúa como un mecanismo que permite la reparación del ADN dañado cuando las células duplican sus cromosomas cada vez que se dividen. La enorme tasa de divisiones celulares durante el crecimiento del cerebelo incrementa considerablemente el riesgo de daño del ADN. Por tanto, debe existir alguna vía que permita asegurar que este daño se repara rápidamente para prevenir la acumulación anormal de células. Cuando los investigadores eliminan Brca2 durante el desarrollo del sistema nervioso en ratones, la pérdida de este gen conduce a apoptosis, disparando la incapacidad de las células de reparar el ADN dañado. Esto reduce el tamaño del cerebelo, produciendo malformaciones en la forma del cerebro e impidiendo el movimiento de ciertas células nerviosas que normalmente migran a través del cerebelo durante el desarrollo



En 1994, los científicos descubrieron otro gen (similar al BRCA1) al que denominaron BRCA2.Pertenece a la familia de los genes supresores de tumores, que en el organismo sano controlan la proliferación celular. Ellos, por tanto son reguladores negativos de crecimiento y cuando no están presentes en la célula o se encuentran inactivos a causa de mutaciones, las células dejan de crecer normalmente y adquieren propiedades proliferativas anormales, características de las células tumorales. Estos genes que son ubicuos, porque se expresan en todas las células del organismo y participan en la reparación del ADN.Los estudios del gen BRCA2 han puesto en evidencia que es el responsable del 35% de los cánceres de mama hereditarios en mujeres y de un 14% del cáncer de mama en varones.

Se han descrito unas 450 mutaciones

Las mutaciones de BRCA2 se hallan asociadas a un riesgo incrementado para el desarrollo de diversos cánceres, como el de mama femenino y masculino, el de ovario, de próstata, de páncreas y de laringe. BRCA2 se halla ubicado en el brazo largo del cromosoma 13 (13q 12-13). Al igual que BRCA1, el producto génico de BRCA2 está involucrado en el proceso de reparación del ADN, formando un complejo multiproteico con otras proteínas como la Rad. 51, BARD1 y BRCA1

Conclusión U9

La transducción, que es un proceso por el cual las bacterias transfieren DNA a otro bacteria receptora, utilizando fagos. La conjugación, es el proceso por el cual bacterias intercambian plásmidos F, a través de estructuras llamadas pilis. Y por ultimo la transformación es el mecanismo por el cual una bacteria puede tomar DNA del medio. Estos son los procesos por el cual las bacterias pueden recombinan sus genes y se vuelven más adaptables al medio. 
 
    

9.2.2 Químicos


Basados en la formación de complejos que las células sean capaces de adquirir e incorporar, bien sea directamente mediante la ruta endocítica (fosfato cálcico, DEAE dextrano) o a las membranas (lipofección).

MÉTODO DEL FOSFATO CÁLCICO.

Se empezó a usar esta técnica en los años 60, pero fue en los 70 cuando se empezó a desarrollar suficientemente para tener buenas eficacias de transfección. Se basa en la precipitación del DNA exógeno y los iones de calcio, provocando que la célula, mediante endocitosis, introduzca el DNA en su interior. La eficacia de transfección puede llegar al 10% de las células, aunque suele ser transitoria.


No es una técnica que provoque toxicidad en las células pero la expresión del transgen es muy pequeña. Únicamente se usa en cultivos celulares, y por lo tanto su aplicación es "ex vivo".

MÉTODO DEL DEAE DEXTRANO.

Basado en la obtención de complejos entre la resina DEAE y el DNA. Los polímeros de DEAE dextrano o polybreno tienen una carga que les permite unirse a las muy negativamente cargadas moléculas de DNA. El DNA acomplejado se introduce en las células mediante choque osmótico mediante DMSO o glicerol. El uso de DEAE  dextrano se limita a las transfecciones transientes.


La microinyección


 La microinyección es un proceso que consiste en utilizar microagujas para insertar sustancias a un nivel microscópico o en el límite de lo macroscópico dentro de una célula viva. Es un simple proceso mecánico en el cual una aguja extremadamente fina penetra la membrana celular y a veces la membrana nuclear para lanzar su contenido. La microinyección es normalmente realizada bajo un microscopio óptico llamado micromanipulador. El proceso es frecuentemente usado como un vector en ingeniería genética y transgenética para insertar material genético en una célula. El proceso de clonación también involucra microinyecciones.
Las microagujas miden alrededor de 10 micrómetros. Pueden contener cerca de 15 microlitros de ADN. Es similar a la sección transversal de un cabello humano. Es un método muy preciso de transferencia génica. Requiere personal capacitado.



 En biología molecular, el proceso de electroporación es usado habitualmente para la transformación de bacterias, levaduras y protoplastos vegetales. Además de membranas lipídicas, las bacterias también tienen una pared celular compuestas de peptidoglicano y sus derivados.


La electroporación
La electroporación o electropermeabilización es un significativo aumento de la conductividad eléctrica y la permeabilidad de la membrana plasmática celular causado por un campo eléctrico aplicado externamente. Es habitual en biología molecular como forma de introducción de diferentes sustancias en células, como por ejemplo sondas moleculares, un fármaco que puede cambiar las funciones celulares o un fragmento de DNA codificante, como puede ser un plásmido.

Cuando el voltaje que atraviesa una membrana plasmática excede su rigidez dieléctrica se forman poros. Si la fuerza del campo eléctrico aplicado o la duración de la exposición al mismo se eligen apropiadamente, los poros formados por el pulso eléctrico se sellan tras un corto período, durante el cual los compuestos extracelulares tienen la oportunidad de entrar a la célula. Sin embargo, una exposición excesiva de células vivas a campos eléctricos puede causar apoptosis o necrosis, procesos que provocan la muerte celular.

9.2 Mecanismos de transferencia artificial

9.2.1 Físicos.
biobalistica.
El término biobalística deriva de la conjunción de “biología y balística” o “balística biológica”. Este es un método muy original ideado y refinado en la década de 1980 por un grupo de investigadores de la Universidad de Cornell (EE.UU.), que permite introducir ADN a virtualmente cualquier tipo de célula. En este procedimiento el ADN es introducido en las células por medio de partículas microscópicas (micropartículas) aceleradas a velocidades supersónicas, que atraviesan la pared y la membrana celular. Las partículas son aproximadamente esféricas (de 0.4 a 2.0 micrómetros de diámetro), están hechas de materiales densos como oro o tungsteno, y se recubren con el ADN que se desea transferir a las plantas. Para que las micropartículas pueda atravesar las membranas celulares y llegar al núcleo de las células blanco, son impulsadas a gran velocidad por explosión de pólvora seca, liberación de gas comprimido a alta presión (aire, helio, CO2 o N2), o por una descarga eléctrica de una gota de agua. Una vez dentro del tejido vegetal el ADN se desprende de las micropartículas debido a las modificaciones del entorno iónico.
Si las partículas atraviesan las membranas y son atrapadas en el núcleo, el ADN puede integrarse de forma estable en los cromosomas mediante un proceso de recombinación al azar, lo que se considera como transformación estable
 

9.1.5 Transfección


La Transfección es una técnica empleada para introducir fragmentos de ADN adicional en células de mamíferos. El vehículo que transporta el nuevo ADN es un virus capaz de infectar a la célula. La información genética del virus es modificada previamente, sustituyendo genes que codifican proteínas implicadas en la virulencia y en la replicación del virus por genes de interés que se desea insertar en el mamífero. En muchos casos se transfectan genes que codifican proteínas con función terapéutica o genes necesarios para restaurar una deficiencia génica.

9.1.3. Transducción


En 1951 Joshua Lederberg y su colaborador Zinder estaban investigando en Salmonella la posible existencia de un sistema de conjugación al estilo del que se acababa de descubrir en su pariente Escherichia coli. Mezclaron dos cepas de Salmonella, cada una con un juego distinto de marcadores genéticos. (Eureka! Obtuvieron recombinantes. Descartaron que se tratara de transformación, ya que los resultados eran similares si añadían DNAsa al sistema. Entonces, ¿era un fenómeno de conjugación? Realizaron el experimento del tubo en “U”, con una membrana separando los dos brazos de la U, en cada uno de los cuales se colocaba una de las cepas. La membrana impide el paso de bacterias y los contactos intercelulares directos entre las dos cepas. Pues bien... seguía habiendo recombinantes. Esto descartaba, pues, que se tratara de conjugación. Se postuló que debía de existir un “agente filtrable” resistente a las nucleasas, responsable último de la transferencia genética.

La transducción especializada con el fago l permitió los primeros aislamientos (“clonaciones”) de genes in vivo, pero por supuesto, desde mediados de los años 70 la clonación de genes se realiza ya con métodos de ADN recombinante (ingeniería genética).




9.1.2 Conjugación


En este proceso, una bacteria donadora F+ transmite a través de un puente o pili, un fragmento de ADN, a otra bacteria receptora F-. La bacteria que se llama F+ posee un plásmido F, además del cromosoma bacteriano.

La duraciónón del contacto entre bacteria dadora y bacteria receptora condiciona la importancia del fragmento cromosómico transmitido. El estudio de la conjugaciónón ha permitido establecer los mapas cromosómicos de ciertas bacterias. Ciertamente, la conjugaciónón juega un papel en la aparición en las bacterias de resistencia a los antibióticos.



9.1.1 Transformación.


La transformación en genética se refiere a la alteración genética de una célula que resulta de la introducción y expresión de material genético externo (DNA). En bacterias, la transformación se refiere en el intercambio genético producido cuando una bacteria es capaz de captar fragmentos de ADN, de otra bacteria que se encuentran dispersos en el medio donde vive.

9.1 Mecanismos de transferencia natural

Factores que afectan la transformación.

·         Tamaño del DNA – Funciona mejor el DNA de doble cadena de al menos 5 X 105 daltones. Por tanto, la transformación es sensible a las nucleasas del medio ambiente.
·         Competencia de la célula receptora – Algunas bacterias son capaces de incorporar DNA en forma natural. Sin embargo, estas bacterias solo toman al DNA en una etapa particular de su ciclo celular, cuando producen una proteína específica llamada factor de competencia. Cuando la bacteria se encuentra en este estadio se dice que es competente. Otras bacterias no son capaces de incorporar el DNA naturalmente, sin embargo en estas bacterias la competencia puede ser inducida in vitro mediante tratamiento con sustancias químicas (ej. CaCl2).

Pasos de la transformación.

·         Incorporación del DNA – La incorporación del DNA por las bacterias Gram+ y Gram- es diferente. En las bacterias Gram+ el DNA se introduce en forma de moléculas de cadena sencilla y la cadena complementaria se sintetiza dentro de la célula receptora. En contraste, las bacterias Gram- incorporan DNA de doble cadena.
·         Recombinación General/Legítima/Homóloga – Luego de que el DNA de la célula donadora se ha incorporado, ocurre un evento de recombinación recíproca entre el cromosoma y el DNA de la célula donadora. Esta recombinación requiere de que exista homología entre el DNA del donador y el cromosoma receptor, lo que finalmente resulta en la substitución de DNA entre la receptora y la donadora.
 

INTRODUCCION, OBJETIVOS Y METODOLOGIA


Introducción.

Griffith trabajó sobre la transferencia de virulencia en la bacteria patógena Streptococcus pneumoniae en 1928. Este demostró con sus experimentos que el DNA era necesario para adquirir la virulencia. Su experimento consistió en calentar bacterias virulentas (que ocasionan la enfermedad) que luego eran inyectadas en ratones. Los ratones no experimentaban enfermedad alguna y no era posible recuperar las cepas de bacterias inyectadas. Cuando inyectó una combinación de bacterias virulentas muertas y bacterias vivas no virulentas, los ratones morían.  Le fue posible además recuperar bacterias virulentas vivas de los ratones muertos. Griffith denominó transformación a esta conversión de bacterias no virulentas a bacterias virulentas.

Objetivo.

Entender las bases moleculares del intercambio del material genético entre los diferentes seres vivos para su posterior aplicación.


Metodología

Para la realización de la unidad número  se tomarán referencias bibliográficas de;


1._ Lehninger. Bioquímica. Editorial: Omega. Año: 2003 2da Edición. Que se localizan en el centro de información del Tecnológico

2._ http://www.curtisbiologia.com/node/119

3._Curtis, Barnes, Schnek, Massarini. Curtis Biología. 7ª edición,  ed. Panamericana, impreso en México,  2007.

PORTADA U9


                           INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CIUDAD ALTAMIRANO


                                                           UNIDAD 9

                                  TRANSFERENCIA DEL MATERIAL GENÉTICO

                                                Nombre del Alumno:

                                          OSCAR YÁÑEZ CHAVEZ

                                                     Carrera: Lic. Biología

                        Ciudad Altamirano, Gro. México. A 06 de junio del 2012