Genética Bacteriana y Mecanismos de la Transferencia ... ©tica Bacteriana...
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Genética Bacteriana y Mecanismos de la Transferencia Horizontal Genética Dra Daniela Centrón Departamento de Microbiología, Parasitología e Inmunología, Facultad de Medicina, Universidad de Buenos Aires.
Transcript of Genética Bacteriana y Mecanismos de la Transferencia ... ©tica Bacteriana...
Geneacutetica Bacteriana y Mecanismos de la
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Dra Daniela Centroacuten Departamento de Microbiologiacutea Parasitologiacutea e
Inmunologiacutea Facultad de Medicina Universidad de Buenos Aires
Objetivos
bull Conocer los elementos del genoma bacteriano
bull Comprender la dinaacutemica de los Mecanismos
involucrados en la Transferencia Horizontal de Genes y la Pato-adaptacioacuten
Primeras
formaciones
rocosas
Primeros
procariotas
El oxiacutegeno libre empieza
a acumularse
Primeros
eucariotas
Primeros
organismos
multicelulares
Primeros
animales
Invasioacuten de
plantas
Primeras flores
Primeros
humanos
(115940 PM)
FORMACIOacuteN DE
LA TIERRA
Historia de la vida sobre la tierra
Evolucioacuten de las formas de vida los tres dominios propuestos por Karl Woese Aacuterbol filogeneacutetico obtenido
por secuenciacioacuten de ARN ribosomal
Bacteria Eukarya Archea
Hongos
Plantas
Bacterias verdes no sulfurosas
Cianobacterias
Thermotogales
Flavobacterias
Bacterias Gram
Positivas
Diplomoacutenadas Microsporidios
Tricomoacutenadas
Flagelados
Ciliados
Hongos mucosos
Animales
Haloacutefilas
Entamebas
Methanosarcina Methanobacterium
Methanococcus Thermoproteus
Pyrodictium Proteobacterias
Thermococcus
LUCA (Last Universal Common Ancestor)
ELEMENTOS DEL GENOMA BACTERIANO
bull Cromosomas bull Plaacutesmidos bull Bacterioacutefagos bull Elementos moacuteviles
I-Cromosoma Bacteriano
bull ADN doble cadena (1mm long) 1 cromosoma bull Circular bull Condensado (ldquosupercoiledrdquo o superenrollado) bull Haploide bull De 1000 a 6000 kilobases La bacteria maacutes pequentildea tiene
140000 pares de bases (Carsonella ruddii)
ESTRUCTURA TERCIARIA
Las principales funciones del cromosoma bacteriano son la replicacioacuten y la expresioacuten de los genes
Algunas especies tienen dos cromosomas
REGION REGULATORIA
Codoacuten de iniciacioacuten Codoacuten de terminacioacuten
La unidad funcional del cromosoma es el gen
Un segmento de ADN que codifica un solo tipo de ARN o polipeacuteptido contribuyendo asiacute a un fenotipofuncioacuten En ausencia de una funcioacuten demostrable un gen puede ser caracterizado por secuencia transcripcioacuten u homologiacutea Human Gene Nomenclature Committee
iquestQueacute es un gen
En Procariotas
Los genes se hallan ordenados en Operones La transcripcioacuten es policistroacutenica (ARNm de varios genes)
II-Plaacutesmidos
Portan informacioacuten que ayuda a la bacteria a adaptarse al medio circundante y a su evolucioacuten Forman
parte del ldquomovilomardquo
Funciones de los plaacutesmidos
Confieren una caracteriacutestica que la bacteria receptora NO poseiacutea
E coli enteropatoacutegena
E coli enterotoxigeacutenica
E coli enteroinvasiva
E coli comensal
Plaacutesmidos de relevancia asociados a virulencia
operoacuten gerX relacionado con el proceso de germinacioacuten
de las esporas
182 kb
caacutepsula
Factor edema
Factor letal
Antiacutegeno protectivo
Factores de Virulencia
bull Replicacioacuten reparacioacuten recombinacioacuten bull Fertilidad bull Restriccioacuten y modificacioacuten bull Resistencia a antibioacuteticos bull Resistencia a metales toacutexicos y detergentes bull Resistencia a bacterioacutefagos bull Metabolismo de azuacutecares y compuesto aromaacuteticos bull Adhesioacuten celular factores de virulencia
Algunos plaacutesmidos pueden integrarse al cromosoma bacteriano
III-Bacterioacutefagos
Son los virus que infectan a las bacterias y cumplen
un ciclo de multiplicacioacuten dentro de la ceacutelula bacteriana
pudiendo conducir a las lisis de la misma
Muacuteltiples fagos pueden infectar y ser parte del genoma bacteriano
Ciclo Liacutetico
El fago se considera que estaacute en estado
de ldquoprofagordquo
Ciclo Lisogeacutenico
El fago se replica y produce la
lisis bacteriana
Bacterioacutefagos
Alguacuten gen del bacterioacutefago puede expresarse y dar una caracteriacutestica especial a la
ceacutelula hospedadora
Ej Fago T12 que lisogeniza cepas de S pyogenes y produce la escarlatina
Bacteria Fago Genes Fenotipo
Vibrio cholerae Fago CTX toxina coleacuterica Coacutelera
Escherichia coli Fago lambda toxina shigalike Siacutendrome Ureacutemico Hemoliacutetico-Diarrea
Clostridium botulinum Fago clostridial toxina botuliacutenica Botulismo
Corynebacterium diphtheriae
Fago Beta toxina difteacuterica Difteria
Streptococcus pyogenes Fago T12 toxinas
eritrogeacutenicas Escarlatina
En la bacteria lisogenizada alguacuten gen del profago puede expresarse y dar una
caracteriacutestica especial a la ceacutelula hospedadora
IV-Elementos Moacuteviles Del Genoma Bacteriano
bull Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS (IS1 IS2 IS3 etc) bull Transposones simples (familia Tn3) bull Transposones compuestos (Tn5 Tn10 etc) bull Transposones conjugativos bull Sistema Integroacutencassettes
Transposones
1er Transposoacuten identificado en el maiacutez
Transposones bacterianos
Los transposones son los
elementos maacutes abundantes
en la naturaleza
Mecanismos del ADN
Moacutevil expresioacuten de genes
sobre-expresioacuten de genes
delecioacuten de genes
disrupcioacuten de genes
modulacioacuten de la expresioacuten
duplicacioacutenacumulacioacuten de
genes
movilizacioacuten de genes
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
ADN Blanco Transposicioacuten
Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
RUTAS DE TRANSPOSICIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CROMOSOMA
Transposones simples
Tn7
FRAGMENTO DE ADN RODEADO DE DOS SECUENCIAS DE INSERCIOacuteN (ISs)
IR tnpA IR aac(3)-IIa IR tnpA IR
Transposones compuestos
IS140 IS140 Resistencia a gentamicina IS140 IS140 IS140
Transposones conjugativos
Se transfieren de una bacteria a otra y se insertan en el cromosoma Son el paradigma de las llamadas islas genoacutemicas
Islas genoacutemicas o alieniacutegenas localizadas en cromosoma o plaacutesmidos
Poseen un porcentaje G+C diferente al resto del genoma bacteriano
Isla Genoacutemica
(Hacker and Carniel 2001)
Isla de Patogenicidad de Escherichia coli enteropatoacutegena produce borrado de microvellosidades
Isla de Patogenicidad de Clostridium difficile producen la colitis
pseudomebranosa
Isla Ecoloacutegica
Isla Ecoloacutegica
Isla de Resistencia
Isla de Simbiosis
Isla de Patogenicidad
Ceacutelula bacteriana
Fitness de la Isla
Isla Genoacutemica
Isla Genoacutemica
Sistema IntegroacutenCassettes
Ingenieriacutea geneacutetica in vivo
Pc
attI
(Stokes and Hall 1989)
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Integrasas de Integroacuten
gen + sitio attC = cassette
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Sistema IntegroacutenCassettes
17 de los genomas poseen un gen de integrasa
(de un total de 1189 genomas 2010)
Pc
attI intI
2343 cassettes diferentes en 50 m2 de superficie de suelo
Sistema IntegroacutenCassettes
Vibrio cholerae
SI
La mayoriacutea como gen ubicuo dentro de una especie
Integrones ubicados en elementos moacuteviles y de relevancia cliacutenica
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX ybfA ybfB ybgA tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
attI2
intI1 aac(6acute)-Ib blaOXA-2 orfD qacEΔ1 sul1 orf5
attI1
Resistencia a szlig-lactaacutemicos 34 cassettes Resistencia a aminoglicoacutesidos 38 cassettes Resistencia a cloranfenicol 12 cassettes Resistencia a trimetoprima 13 cassettes Resistencia a estreptotricina 2 cassettes Resistencia a rifampicina 3 cassettes Resistencia a eritromicina 2 cassettes Resistencia a fluoroquinolonas 2 cassettes Resistencia a antiseacutepticos 5 cassettes
Maacutes de 130 diferentes cassettes de resistencia a antibioacuteticos
(Partridge y col 2009)
Doacutende se localizan los integrones
TRANSPOSONES
Tn21
Tn21 IRtnp
tnpA tnpR res merD merA merP merR
merE merC merT Tn21
IRmer
intI1
En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
Objetivos
bull Conocer los elementos del genoma bacteriano
bull Comprender la dinaacutemica de los Mecanismos
involucrados en la Transferencia Horizontal de Genes y la Pato-adaptacioacuten
Primeras
formaciones
rocosas
Primeros
procariotas
El oxiacutegeno libre empieza
a acumularse
Primeros
eucariotas
Primeros
organismos
multicelulares
Primeros
animales
Invasioacuten de
plantas
Primeras flores
Primeros
humanos
(115940 PM)
FORMACIOacuteN DE
LA TIERRA
Historia de la vida sobre la tierra
Evolucioacuten de las formas de vida los tres dominios propuestos por Karl Woese Aacuterbol filogeneacutetico obtenido
por secuenciacioacuten de ARN ribosomal
Bacteria Eukarya Archea
Hongos
Plantas
Bacterias verdes no sulfurosas
Cianobacterias
Thermotogales
Flavobacterias
Bacterias Gram
Positivas
Diplomoacutenadas Microsporidios
Tricomoacutenadas
Flagelados
Ciliados
Hongos mucosos
Animales
Haloacutefilas
Entamebas
Methanosarcina Methanobacterium
Methanococcus Thermoproteus
Pyrodictium Proteobacterias
Thermococcus
LUCA (Last Universal Common Ancestor)
ELEMENTOS DEL GENOMA BACTERIANO
bull Cromosomas bull Plaacutesmidos bull Bacterioacutefagos bull Elementos moacuteviles
I-Cromosoma Bacteriano
bull ADN doble cadena (1mm long) 1 cromosoma bull Circular bull Condensado (ldquosupercoiledrdquo o superenrollado) bull Haploide bull De 1000 a 6000 kilobases La bacteria maacutes pequentildea tiene
140000 pares de bases (Carsonella ruddii)
ESTRUCTURA TERCIARIA
Las principales funciones del cromosoma bacteriano son la replicacioacuten y la expresioacuten de los genes
Algunas especies tienen dos cromosomas
REGION REGULATORIA
Codoacuten de iniciacioacuten Codoacuten de terminacioacuten
La unidad funcional del cromosoma es el gen
Un segmento de ADN que codifica un solo tipo de ARN o polipeacuteptido contribuyendo asiacute a un fenotipofuncioacuten En ausencia de una funcioacuten demostrable un gen puede ser caracterizado por secuencia transcripcioacuten u homologiacutea Human Gene Nomenclature Committee
iquestQueacute es un gen
En Procariotas
Los genes se hallan ordenados en Operones La transcripcioacuten es policistroacutenica (ARNm de varios genes)
II-Plaacutesmidos
Portan informacioacuten que ayuda a la bacteria a adaptarse al medio circundante y a su evolucioacuten Forman
parte del ldquomovilomardquo
Funciones de los plaacutesmidos
Confieren una caracteriacutestica que la bacteria receptora NO poseiacutea
E coli enteropatoacutegena
E coli enterotoxigeacutenica
E coli enteroinvasiva
E coli comensal
Plaacutesmidos de relevancia asociados a virulencia
operoacuten gerX relacionado con el proceso de germinacioacuten
de las esporas
182 kb
caacutepsula
Factor edema
Factor letal
Antiacutegeno protectivo
Factores de Virulencia
bull Replicacioacuten reparacioacuten recombinacioacuten bull Fertilidad bull Restriccioacuten y modificacioacuten bull Resistencia a antibioacuteticos bull Resistencia a metales toacutexicos y detergentes bull Resistencia a bacterioacutefagos bull Metabolismo de azuacutecares y compuesto aromaacuteticos bull Adhesioacuten celular factores de virulencia
Algunos plaacutesmidos pueden integrarse al cromosoma bacteriano
III-Bacterioacutefagos
Son los virus que infectan a las bacterias y cumplen
un ciclo de multiplicacioacuten dentro de la ceacutelula bacteriana
pudiendo conducir a las lisis de la misma
Muacuteltiples fagos pueden infectar y ser parte del genoma bacteriano
Ciclo Liacutetico
El fago se considera que estaacute en estado
de ldquoprofagordquo
Ciclo Lisogeacutenico
El fago se replica y produce la
lisis bacteriana
Bacterioacutefagos
Alguacuten gen del bacterioacutefago puede expresarse y dar una caracteriacutestica especial a la
ceacutelula hospedadora
Ej Fago T12 que lisogeniza cepas de S pyogenes y produce la escarlatina
Bacteria Fago Genes Fenotipo
Vibrio cholerae Fago CTX toxina coleacuterica Coacutelera
Escherichia coli Fago lambda toxina shigalike Siacutendrome Ureacutemico Hemoliacutetico-Diarrea
Clostridium botulinum Fago clostridial toxina botuliacutenica Botulismo
Corynebacterium diphtheriae
Fago Beta toxina difteacuterica Difteria
Streptococcus pyogenes Fago T12 toxinas
eritrogeacutenicas Escarlatina
En la bacteria lisogenizada alguacuten gen del profago puede expresarse y dar una
caracteriacutestica especial a la ceacutelula hospedadora
IV-Elementos Moacuteviles Del Genoma Bacteriano
bull Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS (IS1 IS2 IS3 etc) bull Transposones simples (familia Tn3) bull Transposones compuestos (Tn5 Tn10 etc) bull Transposones conjugativos bull Sistema Integroacutencassettes
Transposones
1er Transposoacuten identificado en el maiacutez
Transposones bacterianos
Los transposones son los
elementos maacutes abundantes
en la naturaleza
Mecanismos del ADN
Moacutevil expresioacuten de genes
sobre-expresioacuten de genes
delecioacuten de genes
disrupcioacuten de genes
modulacioacuten de la expresioacuten
duplicacioacutenacumulacioacuten de
genes
movilizacioacuten de genes
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
ADN Blanco Transposicioacuten
Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
RUTAS DE TRANSPOSICIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CROMOSOMA
Transposones simples
Tn7
FRAGMENTO DE ADN RODEADO DE DOS SECUENCIAS DE INSERCIOacuteN (ISs)
IR tnpA IR aac(3)-IIa IR tnpA IR
Transposones compuestos
IS140 IS140 Resistencia a gentamicina IS140 IS140 IS140
Transposones conjugativos
Se transfieren de una bacteria a otra y se insertan en el cromosoma Son el paradigma de las llamadas islas genoacutemicas
Islas genoacutemicas o alieniacutegenas localizadas en cromosoma o plaacutesmidos
Poseen un porcentaje G+C diferente al resto del genoma bacteriano
Isla Genoacutemica
(Hacker and Carniel 2001)
Isla de Patogenicidad de Escherichia coli enteropatoacutegena produce borrado de microvellosidades
Isla de Patogenicidad de Clostridium difficile producen la colitis
pseudomebranosa
Isla Ecoloacutegica
Isla Ecoloacutegica
Isla de Resistencia
Isla de Simbiosis
Isla de Patogenicidad
Ceacutelula bacteriana
Fitness de la Isla
Isla Genoacutemica
Isla Genoacutemica
Sistema IntegroacutenCassettes
Ingenieriacutea geneacutetica in vivo
Pc
attI
(Stokes and Hall 1989)
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Integrasas de Integroacuten
gen + sitio attC = cassette
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Sistema IntegroacutenCassettes
17 de los genomas poseen un gen de integrasa
(de un total de 1189 genomas 2010)
Pc
attI intI
2343 cassettes diferentes en 50 m2 de superficie de suelo
Sistema IntegroacutenCassettes
Vibrio cholerae
SI
La mayoriacutea como gen ubicuo dentro de una especie
Integrones ubicados en elementos moacuteviles y de relevancia cliacutenica
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX ybfA ybfB ybgA tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
attI2
intI1 aac(6acute)-Ib blaOXA-2 orfD qacEΔ1 sul1 orf5
attI1
Resistencia a szlig-lactaacutemicos 34 cassettes Resistencia a aminoglicoacutesidos 38 cassettes Resistencia a cloranfenicol 12 cassettes Resistencia a trimetoprima 13 cassettes Resistencia a estreptotricina 2 cassettes Resistencia a rifampicina 3 cassettes Resistencia a eritromicina 2 cassettes Resistencia a fluoroquinolonas 2 cassettes Resistencia a antiseacutepticos 5 cassettes
Maacutes de 130 diferentes cassettes de resistencia a antibioacuteticos
(Partridge y col 2009)
Doacutende se localizan los integrones
TRANSPOSONES
Tn21
Tn21 IRtnp
tnpA tnpR res merD merA merP merR
merE merC merT Tn21
IRmer
intI1
En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
Primeras
formaciones
rocosas
Primeros
procariotas
El oxiacutegeno libre empieza
a acumularse
Primeros
eucariotas
Primeros
organismos
multicelulares
Primeros
animales
Invasioacuten de
plantas
Primeras flores
Primeros
humanos
(115940 PM)
FORMACIOacuteN DE
LA TIERRA
Historia de la vida sobre la tierra
Evolucioacuten de las formas de vida los tres dominios propuestos por Karl Woese Aacuterbol filogeneacutetico obtenido
por secuenciacioacuten de ARN ribosomal
Bacteria Eukarya Archea
Hongos
Plantas
Bacterias verdes no sulfurosas
Cianobacterias
Thermotogales
Flavobacterias
Bacterias Gram
Positivas
Diplomoacutenadas Microsporidios
Tricomoacutenadas
Flagelados
Ciliados
Hongos mucosos
Animales
Haloacutefilas
Entamebas
Methanosarcina Methanobacterium
Methanococcus Thermoproteus
Pyrodictium Proteobacterias
Thermococcus
LUCA (Last Universal Common Ancestor)
ELEMENTOS DEL GENOMA BACTERIANO
bull Cromosomas bull Plaacutesmidos bull Bacterioacutefagos bull Elementos moacuteviles
I-Cromosoma Bacteriano
bull ADN doble cadena (1mm long) 1 cromosoma bull Circular bull Condensado (ldquosupercoiledrdquo o superenrollado) bull Haploide bull De 1000 a 6000 kilobases La bacteria maacutes pequentildea tiene
140000 pares de bases (Carsonella ruddii)
ESTRUCTURA TERCIARIA
Las principales funciones del cromosoma bacteriano son la replicacioacuten y la expresioacuten de los genes
Algunas especies tienen dos cromosomas
REGION REGULATORIA
Codoacuten de iniciacioacuten Codoacuten de terminacioacuten
La unidad funcional del cromosoma es el gen
Un segmento de ADN que codifica un solo tipo de ARN o polipeacuteptido contribuyendo asiacute a un fenotipofuncioacuten En ausencia de una funcioacuten demostrable un gen puede ser caracterizado por secuencia transcripcioacuten u homologiacutea Human Gene Nomenclature Committee
iquestQueacute es un gen
En Procariotas
Los genes se hallan ordenados en Operones La transcripcioacuten es policistroacutenica (ARNm de varios genes)
II-Plaacutesmidos
Portan informacioacuten que ayuda a la bacteria a adaptarse al medio circundante y a su evolucioacuten Forman
parte del ldquomovilomardquo
Funciones de los plaacutesmidos
Confieren una caracteriacutestica que la bacteria receptora NO poseiacutea
E coli enteropatoacutegena
E coli enterotoxigeacutenica
E coli enteroinvasiva
E coli comensal
Plaacutesmidos de relevancia asociados a virulencia
operoacuten gerX relacionado con el proceso de germinacioacuten
de las esporas
182 kb
caacutepsula
Factor edema
Factor letal
Antiacutegeno protectivo
Factores de Virulencia
bull Replicacioacuten reparacioacuten recombinacioacuten bull Fertilidad bull Restriccioacuten y modificacioacuten bull Resistencia a antibioacuteticos bull Resistencia a metales toacutexicos y detergentes bull Resistencia a bacterioacutefagos bull Metabolismo de azuacutecares y compuesto aromaacuteticos bull Adhesioacuten celular factores de virulencia
Algunos plaacutesmidos pueden integrarse al cromosoma bacteriano
III-Bacterioacutefagos
Son los virus que infectan a las bacterias y cumplen
un ciclo de multiplicacioacuten dentro de la ceacutelula bacteriana
pudiendo conducir a las lisis de la misma
Muacuteltiples fagos pueden infectar y ser parte del genoma bacteriano
Ciclo Liacutetico
El fago se considera que estaacute en estado
de ldquoprofagordquo
Ciclo Lisogeacutenico
El fago se replica y produce la
lisis bacteriana
Bacterioacutefagos
Alguacuten gen del bacterioacutefago puede expresarse y dar una caracteriacutestica especial a la
ceacutelula hospedadora
Ej Fago T12 que lisogeniza cepas de S pyogenes y produce la escarlatina
Bacteria Fago Genes Fenotipo
Vibrio cholerae Fago CTX toxina coleacuterica Coacutelera
Escherichia coli Fago lambda toxina shigalike Siacutendrome Ureacutemico Hemoliacutetico-Diarrea
Clostridium botulinum Fago clostridial toxina botuliacutenica Botulismo
Corynebacterium diphtheriae
Fago Beta toxina difteacuterica Difteria
Streptococcus pyogenes Fago T12 toxinas
eritrogeacutenicas Escarlatina
En la bacteria lisogenizada alguacuten gen del profago puede expresarse y dar una
caracteriacutestica especial a la ceacutelula hospedadora
IV-Elementos Moacuteviles Del Genoma Bacteriano
bull Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS (IS1 IS2 IS3 etc) bull Transposones simples (familia Tn3) bull Transposones compuestos (Tn5 Tn10 etc) bull Transposones conjugativos bull Sistema Integroacutencassettes
Transposones
1er Transposoacuten identificado en el maiacutez
Transposones bacterianos
Los transposones son los
elementos maacutes abundantes
en la naturaleza
Mecanismos del ADN
Moacutevil expresioacuten de genes
sobre-expresioacuten de genes
delecioacuten de genes
disrupcioacuten de genes
modulacioacuten de la expresioacuten
duplicacioacutenacumulacioacuten de
genes
movilizacioacuten de genes
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
ADN Blanco Transposicioacuten
Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
RUTAS DE TRANSPOSICIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CROMOSOMA
Transposones simples
Tn7
FRAGMENTO DE ADN RODEADO DE DOS SECUENCIAS DE INSERCIOacuteN (ISs)
IR tnpA IR aac(3)-IIa IR tnpA IR
Transposones compuestos
IS140 IS140 Resistencia a gentamicina IS140 IS140 IS140
Transposones conjugativos
Se transfieren de una bacteria a otra y se insertan en el cromosoma Son el paradigma de las llamadas islas genoacutemicas
Islas genoacutemicas o alieniacutegenas localizadas en cromosoma o plaacutesmidos
Poseen un porcentaje G+C diferente al resto del genoma bacteriano
Isla Genoacutemica
(Hacker and Carniel 2001)
Isla de Patogenicidad de Escherichia coli enteropatoacutegena produce borrado de microvellosidades
Isla de Patogenicidad de Clostridium difficile producen la colitis
pseudomebranosa
Isla Ecoloacutegica
Isla Ecoloacutegica
Isla de Resistencia
Isla de Simbiosis
Isla de Patogenicidad
Ceacutelula bacteriana
Fitness de la Isla
Isla Genoacutemica
Isla Genoacutemica
Sistema IntegroacutenCassettes
Ingenieriacutea geneacutetica in vivo
Pc
attI
(Stokes and Hall 1989)
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Integrasas de Integroacuten
gen + sitio attC = cassette
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Sistema IntegroacutenCassettes
17 de los genomas poseen un gen de integrasa
(de un total de 1189 genomas 2010)
Pc
attI intI
2343 cassettes diferentes en 50 m2 de superficie de suelo
Sistema IntegroacutenCassettes
Vibrio cholerae
SI
La mayoriacutea como gen ubicuo dentro de una especie
Integrones ubicados en elementos moacuteviles y de relevancia cliacutenica
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX ybfA ybfB ybgA tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
attI2
intI1 aac(6acute)-Ib blaOXA-2 orfD qacEΔ1 sul1 orf5
attI1
Resistencia a szlig-lactaacutemicos 34 cassettes Resistencia a aminoglicoacutesidos 38 cassettes Resistencia a cloranfenicol 12 cassettes Resistencia a trimetoprima 13 cassettes Resistencia a estreptotricina 2 cassettes Resistencia a rifampicina 3 cassettes Resistencia a eritromicina 2 cassettes Resistencia a fluoroquinolonas 2 cassettes Resistencia a antiseacutepticos 5 cassettes
Maacutes de 130 diferentes cassettes de resistencia a antibioacuteticos
(Partridge y col 2009)
Doacutende se localizan los integrones
TRANSPOSONES
Tn21
Tn21 IRtnp
tnpA tnpR res merD merA merP merR
merE merC merT Tn21
IRmer
intI1
En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
Evolucioacuten de las formas de vida los tres dominios propuestos por Karl Woese Aacuterbol filogeneacutetico obtenido
por secuenciacioacuten de ARN ribosomal
Bacteria Eukarya Archea
Hongos
Plantas
Bacterias verdes no sulfurosas
Cianobacterias
Thermotogales
Flavobacterias
Bacterias Gram
Positivas
Diplomoacutenadas Microsporidios
Tricomoacutenadas
Flagelados
Ciliados
Hongos mucosos
Animales
Haloacutefilas
Entamebas
Methanosarcina Methanobacterium
Methanococcus Thermoproteus
Pyrodictium Proteobacterias
Thermococcus
LUCA (Last Universal Common Ancestor)
ELEMENTOS DEL GENOMA BACTERIANO
bull Cromosomas bull Plaacutesmidos bull Bacterioacutefagos bull Elementos moacuteviles
I-Cromosoma Bacteriano
bull ADN doble cadena (1mm long) 1 cromosoma bull Circular bull Condensado (ldquosupercoiledrdquo o superenrollado) bull Haploide bull De 1000 a 6000 kilobases La bacteria maacutes pequentildea tiene
140000 pares de bases (Carsonella ruddii)
ESTRUCTURA TERCIARIA
Las principales funciones del cromosoma bacteriano son la replicacioacuten y la expresioacuten de los genes
Algunas especies tienen dos cromosomas
REGION REGULATORIA
Codoacuten de iniciacioacuten Codoacuten de terminacioacuten
La unidad funcional del cromosoma es el gen
Un segmento de ADN que codifica un solo tipo de ARN o polipeacuteptido contribuyendo asiacute a un fenotipofuncioacuten En ausencia de una funcioacuten demostrable un gen puede ser caracterizado por secuencia transcripcioacuten u homologiacutea Human Gene Nomenclature Committee
iquestQueacute es un gen
En Procariotas
Los genes se hallan ordenados en Operones La transcripcioacuten es policistroacutenica (ARNm de varios genes)
II-Plaacutesmidos
Portan informacioacuten que ayuda a la bacteria a adaptarse al medio circundante y a su evolucioacuten Forman
parte del ldquomovilomardquo
Funciones de los plaacutesmidos
Confieren una caracteriacutestica que la bacteria receptora NO poseiacutea
E coli enteropatoacutegena
E coli enterotoxigeacutenica
E coli enteroinvasiva
E coli comensal
Plaacutesmidos de relevancia asociados a virulencia
operoacuten gerX relacionado con el proceso de germinacioacuten
de las esporas
182 kb
caacutepsula
Factor edema
Factor letal
Antiacutegeno protectivo
Factores de Virulencia
bull Replicacioacuten reparacioacuten recombinacioacuten bull Fertilidad bull Restriccioacuten y modificacioacuten bull Resistencia a antibioacuteticos bull Resistencia a metales toacutexicos y detergentes bull Resistencia a bacterioacutefagos bull Metabolismo de azuacutecares y compuesto aromaacuteticos bull Adhesioacuten celular factores de virulencia
Algunos plaacutesmidos pueden integrarse al cromosoma bacteriano
III-Bacterioacutefagos
Son los virus que infectan a las bacterias y cumplen
un ciclo de multiplicacioacuten dentro de la ceacutelula bacteriana
pudiendo conducir a las lisis de la misma
Muacuteltiples fagos pueden infectar y ser parte del genoma bacteriano
Ciclo Liacutetico
El fago se considera que estaacute en estado
de ldquoprofagordquo
Ciclo Lisogeacutenico
El fago se replica y produce la
lisis bacteriana
Bacterioacutefagos
Alguacuten gen del bacterioacutefago puede expresarse y dar una caracteriacutestica especial a la
ceacutelula hospedadora
Ej Fago T12 que lisogeniza cepas de S pyogenes y produce la escarlatina
Bacteria Fago Genes Fenotipo
Vibrio cholerae Fago CTX toxina coleacuterica Coacutelera
Escherichia coli Fago lambda toxina shigalike Siacutendrome Ureacutemico Hemoliacutetico-Diarrea
Clostridium botulinum Fago clostridial toxina botuliacutenica Botulismo
Corynebacterium diphtheriae
Fago Beta toxina difteacuterica Difteria
Streptococcus pyogenes Fago T12 toxinas
eritrogeacutenicas Escarlatina
En la bacteria lisogenizada alguacuten gen del profago puede expresarse y dar una
caracteriacutestica especial a la ceacutelula hospedadora
IV-Elementos Moacuteviles Del Genoma Bacteriano
bull Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS (IS1 IS2 IS3 etc) bull Transposones simples (familia Tn3) bull Transposones compuestos (Tn5 Tn10 etc) bull Transposones conjugativos bull Sistema Integroacutencassettes
Transposones
1er Transposoacuten identificado en el maiacutez
Transposones bacterianos
Los transposones son los
elementos maacutes abundantes
en la naturaleza
Mecanismos del ADN
Moacutevil expresioacuten de genes
sobre-expresioacuten de genes
delecioacuten de genes
disrupcioacuten de genes
modulacioacuten de la expresioacuten
duplicacioacutenacumulacioacuten de
genes
movilizacioacuten de genes
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
ADN Blanco Transposicioacuten
Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
RUTAS DE TRANSPOSICIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CROMOSOMA
Transposones simples
Tn7
FRAGMENTO DE ADN RODEADO DE DOS SECUENCIAS DE INSERCIOacuteN (ISs)
IR tnpA IR aac(3)-IIa IR tnpA IR
Transposones compuestos
IS140 IS140 Resistencia a gentamicina IS140 IS140 IS140
Transposones conjugativos
Se transfieren de una bacteria a otra y se insertan en el cromosoma Son el paradigma de las llamadas islas genoacutemicas
Islas genoacutemicas o alieniacutegenas localizadas en cromosoma o plaacutesmidos
Poseen un porcentaje G+C diferente al resto del genoma bacteriano
Isla Genoacutemica
(Hacker and Carniel 2001)
Isla de Patogenicidad de Escherichia coli enteropatoacutegena produce borrado de microvellosidades
Isla de Patogenicidad de Clostridium difficile producen la colitis
pseudomebranosa
Isla Ecoloacutegica
Isla Ecoloacutegica
Isla de Resistencia
Isla de Simbiosis
Isla de Patogenicidad
Ceacutelula bacteriana
Fitness de la Isla
Isla Genoacutemica
Isla Genoacutemica
Sistema IntegroacutenCassettes
Ingenieriacutea geneacutetica in vivo
Pc
attI
(Stokes and Hall 1989)
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Integrasas de Integroacuten
gen + sitio attC = cassette
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Sistema IntegroacutenCassettes
17 de los genomas poseen un gen de integrasa
(de un total de 1189 genomas 2010)
Pc
attI intI
2343 cassettes diferentes en 50 m2 de superficie de suelo
Sistema IntegroacutenCassettes
Vibrio cholerae
SI
La mayoriacutea como gen ubicuo dentro de una especie
Integrones ubicados en elementos moacuteviles y de relevancia cliacutenica
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX ybfA ybfB ybgA tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
attI2
intI1 aac(6acute)-Ib blaOXA-2 orfD qacEΔ1 sul1 orf5
attI1
Resistencia a szlig-lactaacutemicos 34 cassettes Resistencia a aminoglicoacutesidos 38 cassettes Resistencia a cloranfenicol 12 cassettes Resistencia a trimetoprima 13 cassettes Resistencia a estreptotricina 2 cassettes Resistencia a rifampicina 3 cassettes Resistencia a eritromicina 2 cassettes Resistencia a fluoroquinolonas 2 cassettes Resistencia a antiseacutepticos 5 cassettes
Maacutes de 130 diferentes cassettes de resistencia a antibioacuteticos
(Partridge y col 2009)
Doacutende se localizan los integrones
TRANSPOSONES
Tn21
Tn21 IRtnp
tnpA tnpR res merD merA merP merR
merE merC merT Tn21
IRmer
intI1
En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
ELEMENTOS DEL GENOMA BACTERIANO
bull Cromosomas bull Plaacutesmidos bull Bacterioacutefagos bull Elementos moacuteviles
I-Cromosoma Bacteriano
bull ADN doble cadena (1mm long) 1 cromosoma bull Circular bull Condensado (ldquosupercoiledrdquo o superenrollado) bull Haploide bull De 1000 a 6000 kilobases La bacteria maacutes pequentildea tiene
140000 pares de bases (Carsonella ruddii)
ESTRUCTURA TERCIARIA
Las principales funciones del cromosoma bacteriano son la replicacioacuten y la expresioacuten de los genes
Algunas especies tienen dos cromosomas
REGION REGULATORIA
Codoacuten de iniciacioacuten Codoacuten de terminacioacuten
La unidad funcional del cromosoma es el gen
Un segmento de ADN que codifica un solo tipo de ARN o polipeacuteptido contribuyendo asiacute a un fenotipofuncioacuten En ausencia de una funcioacuten demostrable un gen puede ser caracterizado por secuencia transcripcioacuten u homologiacutea Human Gene Nomenclature Committee
iquestQueacute es un gen
En Procariotas
Los genes se hallan ordenados en Operones La transcripcioacuten es policistroacutenica (ARNm de varios genes)
II-Plaacutesmidos
Portan informacioacuten que ayuda a la bacteria a adaptarse al medio circundante y a su evolucioacuten Forman
parte del ldquomovilomardquo
Funciones de los plaacutesmidos
Confieren una caracteriacutestica que la bacteria receptora NO poseiacutea
E coli enteropatoacutegena
E coli enterotoxigeacutenica
E coli enteroinvasiva
E coli comensal
Plaacutesmidos de relevancia asociados a virulencia
operoacuten gerX relacionado con el proceso de germinacioacuten
de las esporas
182 kb
caacutepsula
Factor edema
Factor letal
Antiacutegeno protectivo
Factores de Virulencia
bull Replicacioacuten reparacioacuten recombinacioacuten bull Fertilidad bull Restriccioacuten y modificacioacuten bull Resistencia a antibioacuteticos bull Resistencia a metales toacutexicos y detergentes bull Resistencia a bacterioacutefagos bull Metabolismo de azuacutecares y compuesto aromaacuteticos bull Adhesioacuten celular factores de virulencia
Algunos plaacutesmidos pueden integrarse al cromosoma bacteriano
III-Bacterioacutefagos
Son los virus que infectan a las bacterias y cumplen
un ciclo de multiplicacioacuten dentro de la ceacutelula bacteriana
pudiendo conducir a las lisis de la misma
Muacuteltiples fagos pueden infectar y ser parte del genoma bacteriano
Ciclo Liacutetico
El fago se considera que estaacute en estado
de ldquoprofagordquo
Ciclo Lisogeacutenico
El fago se replica y produce la
lisis bacteriana
Bacterioacutefagos
Alguacuten gen del bacterioacutefago puede expresarse y dar una caracteriacutestica especial a la
ceacutelula hospedadora
Ej Fago T12 que lisogeniza cepas de S pyogenes y produce la escarlatina
Bacteria Fago Genes Fenotipo
Vibrio cholerae Fago CTX toxina coleacuterica Coacutelera
Escherichia coli Fago lambda toxina shigalike Siacutendrome Ureacutemico Hemoliacutetico-Diarrea
Clostridium botulinum Fago clostridial toxina botuliacutenica Botulismo
Corynebacterium diphtheriae
Fago Beta toxina difteacuterica Difteria
Streptococcus pyogenes Fago T12 toxinas
eritrogeacutenicas Escarlatina
En la bacteria lisogenizada alguacuten gen del profago puede expresarse y dar una
caracteriacutestica especial a la ceacutelula hospedadora
IV-Elementos Moacuteviles Del Genoma Bacteriano
bull Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS (IS1 IS2 IS3 etc) bull Transposones simples (familia Tn3) bull Transposones compuestos (Tn5 Tn10 etc) bull Transposones conjugativos bull Sistema Integroacutencassettes
Transposones
1er Transposoacuten identificado en el maiacutez
Transposones bacterianos
Los transposones son los
elementos maacutes abundantes
en la naturaleza
Mecanismos del ADN
Moacutevil expresioacuten de genes
sobre-expresioacuten de genes
delecioacuten de genes
disrupcioacuten de genes
modulacioacuten de la expresioacuten
duplicacioacutenacumulacioacuten de
genes
movilizacioacuten de genes
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
ADN Blanco Transposicioacuten
Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
RUTAS DE TRANSPOSICIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CROMOSOMA
Transposones simples
Tn7
FRAGMENTO DE ADN RODEADO DE DOS SECUENCIAS DE INSERCIOacuteN (ISs)
IR tnpA IR aac(3)-IIa IR tnpA IR
Transposones compuestos
IS140 IS140 Resistencia a gentamicina IS140 IS140 IS140
Transposones conjugativos
Se transfieren de una bacteria a otra y se insertan en el cromosoma Son el paradigma de las llamadas islas genoacutemicas
Islas genoacutemicas o alieniacutegenas localizadas en cromosoma o plaacutesmidos
Poseen un porcentaje G+C diferente al resto del genoma bacteriano
Isla Genoacutemica
(Hacker and Carniel 2001)
Isla de Patogenicidad de Escherichia coli enteropatoacutegena produce borrado de microvellosidades
Isla de Patogenicidad de Clostridium difficile producen la colitis
pseudomebranosa
Isla Ecoloacutegica
Isla Ecoloacutegica
Isla de Resistencia
Isla de Simbiosis
Isla de Patogenicidad
Ceacutelula bacteriana
Fitness de la Isla
Isla Genoacutemica
Isla Genoacutemica
Sistema IntegroacutenCassettes
Ingenieriacutea geneacutetica in vivo
Pc
attI
(Stokes and Hall 1989)
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Integrasas de Integroacuten
gen + sitio attC = cassette
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Sistema IntegroacutenCassettes
17 de los genomas poseen un gen de integrasa
(de un total de 1189 genomas 2010)
Pc
attI intI
2343 cassettes diferentes en 50 m2 de superficie de suelo
Sistema IntegroacutenCassettes
Vibrio cholerae
SI
La mayoriacutea como gen ubicuo dentro de una especie
Integrones ubicados en elementos moacuteviles y de relevancia cliacutenica
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX ybfA ybfB ybgA tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
attI2
intI1 aac(6acute)-Ib blaOXA-2 orfD qacEΔ1 sul1 orf5
attI1
Resistencia a szlig-lactaacutemicos 34 cassettes Resistencia a aminoglicoacutesidos 38 cassettes Resistencia a cloranfenicol 12 cassettes Resistencia a trimetoprima 13 cassettes Resistencia a estreptotricina 2 cassettes Resistencia a rifampicina 3 cassettes Resistencia a eritromicina 2 cassettes Resistencia a fluoroquinolonas 2 cassettes Resistencia a antiseacutepticos 5 cassettes
Maacutes de 130 diferentes cassettes de resistencia a antibioacuteticos
(Partridge y col 2009)
Doacutende se localizan los integrones
TRANSPOSONES
Tn21
Tn21 IRtnp
tnpA tnpR res merD merA merP merR
merE merC merT Tn21
IRmer
intI1
En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
I-Cromosoma Bacteriano
bull ADN doble cadena (1mm long) 1 cromosoma bull Circular bull Condensado (ldquosupercoiledrdquo o superenrollado) bull Haploide bull De 1000 a 6000 kilobases La bacteria maacutes pequentildea tiene
140000 pares de bases (Carsonella ruddii)
ESTRUCTURA TERCIARIA
Las principales funciones del cromosoma bacteriano son la replicacioacuten y la expresioacuten de los genes
Algunas especies tienen dos cromosomas
REGION REGULATORIA
Codoacuten de iniciacioacuten Codoacuten de terminacioacuten
La unidad funcional del cromosoma es el gen
Un segmento de ADN que codifica un solo tipo de ARN o polipeacuteptido contribuyendo asiacute a un fenotipofuncioacuten En ausencia de una funcioacuten demostrable un gen puede ser caracterizado por secuencia transcripcioacuten u homologiacutea Human Gene Nomenclature Committee
iquestQueacute es un gen
En Procariotas
Los genes se hallan ordenados en Operones La transcripcioacuten es policistroacutenica (ARNm de varios genes)
II-Plaacutesmidos
Portan informacioacuten que ayuda a la bacteria a adaptarse al medio circundante y a su evolucioacuten Forman
parte del ldquomovilomardquo
Funciones de los plaacutesmidos
Confieren una caracteriacutestica que la bacteria receptora NO poseiacutea
E coli enteropatoacutegena
E coli enterotoxigeacutenica
E coli enteroinvasiva
E coli comensal
Plaacutesmidos de relevancia asociados a virulencia
operoacuten gerX relacionado con el proceso de germinacioacuten
de las esporas
182 kb
caacutepsula
Factor edema
Factor letal
Antiacutegeno protectivo
Factores de Virulencia
bull Replicacioacuten reparacioacuten recombinacioacuten bull Fertilidad bull Restriccioacuten y modificacioacuten bull Resistencia a antibioacuteticos bull Resistencia a metales toacutexicos y detergentes bull Resistencia a bacterioacutefagos bull Metabolismo de azuacutecares y compuesto aromaacuteticos bull Adhesioacuten celular factores de virulencia
Algunos plaacutesmidos pueden integrarse al cromosoma bacteriano
III-Bacterioacutefagos
Son los virus que infectan a las bacterias y cumplen
un ciclo de multiplicacioacuten dentro de la ceacutelula bacteriana
pudiendo conducir a las lisis de la misma
Muacuteltiples fagos pueden infectar y ser parte del genoma bacteriano
Ciclo Liacutetico
El fago se considera que estaacute en estado
de ldquoprofagordquo
Ciclo Lisogeacutenico
El fago se replica y produce la
lisis bacteriana
Bacterioacutefagos
Alguacuten gen del bacterioacutefago puede expresarse y dar una caracteriacutestica especial a la
ceacutelula hospedadora
Ej Fago T12 que lisogeniza cepas de S pyogenes y produce la escarlatina
Bacteria Fago Genes Fenotipo
Vibrio cholerae Fago CTX toxina coleacuterica Coacutelera
Escherichia coli Fago lambda toxina shigalike Siacutendrome Ureacutemico Hemoliacutetico-Diarrea
Clostridium botulinum Fago clostridial toxina botuliacutenica Botulismo
Corynebacterium diphtheriae
Fago Beta toxina difteacuterica Difteria
Streptococcus pyogenes Fago T12 toxinas
eritrogeacutenicas Escarlatina
En la bacteria lisogenizada alguacuten gen del profago puede expresarse y dar una
caracteriacutestica especial a la ceacutelula hospedadora
IV-Elementos Moacuteviles Del Genoma Bacteriano
bull Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS (IS1 IS2 IS3 etc) bull Transposones simples (familia Tn3) bull Transposones compuestos (Tn5 Tn10 etc) bull Transposones conjugativos bull Sistema Integroacutencassettes
Transposones
1er Transposoacuten identificado en el maiacutez
Transposones bacterianos
Los transposones son los
elementos maacutes abundantes
en la naturaleza
Mecanismos del ADN
Moacutevil expresioacuten de genes
sobre-expresioacuten de genes
delecioacuten de genes
disrupcioacuten de genes
modulacioacuten de la expresioacuten
duplicacioacutenacumulacioacuten de
genes
movilizacioacuten de genes
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
ADN Blanco Transposicioacuten
Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
RUTAS DE TRANSPOSICIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CROMOSOMA
Transposones simples
Tn7
FRAGMENTO DE ADN RODEADO DE DOS SECUENCIAS DE INSERCIOacuteN (ISs)
IR tnpA IR aac(3)-IIa IR tnpA IR
Transposones compuestos
IS140 IS140 Resistencia a gentamicina IS140 IS140 IS140
Transposones conjugativos
Se transfieren de una bacteria a otra y se insertan en el cromosoma Son el paradigma de las llamadas islas genoacutemicas
Islas genoacutemicas o alieniacutegenas localizadas en cromosoma o plaacutesmidos
Poseen un porcentaje G+C diferente al resto del genoma bacteriano
Isla Genoacutemica
(Hacker and Carniel 2001)
Isla de Patogenicidad de Escherichia coli enteropatoacutegena produce borrado de microvellosidades
Isla de Patogenicidad de Clostridium difficile producen la colitis
pseudomebranosa
Isla Ecoloacutegica
Isla Ecoloacutegica
Isla de Resistencia
Isla de Simbiosis
Isla de Patogenicidad
Ceacutelula bacteriana
Fitness de la Isla
Isla Genoacutemica
Isla Genoacutemica
Sistema IntegroacutenCassettes
Ingenieriacutea geneacutetica in vivo
Pc
attI
(Stokes and Hall 1989)
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Integrasas de Integroacuten
gen + sitio attC = cassette
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Sistema IntegroacutenCassettes
17 de los genomas poseen un gen de integrasa
(de un total de 1189 genomas 2010)
Pc
attI intI
2343 cassettes diferentes en 50 m2 de superficie de suelo
Sistema IntegroacutenCassettes
Vibrio cholerae
SI
La mayoriacutea como gen ubicuo dentro de una especie
Integrones ubicados en elementos moacuteviles y de relevancia cliacutenica
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX ybfA ybfB ybgA tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
attI2
intI1 aac(6acute)-Ib blaOXA-2 orfD qacEΔ1 sul1 orf5
attI1
Resistencia a szlig-lactaacutemicos 34 cassettes Resistencia a aminoglicoacutesidos 38 cassettes Resistencia a cloranfenicol 12 cassettes Resistencia a trimetoprima 13 cassettes Resistencia a estreptotricina 2 cassettes Resistencia a rifampicina 3 cassettes Resistencia a eritromicina 2 cassettes Resistencia a fluoroquinolonas 2 cassettes Resistencia a antiseacutepticos 5 cassettes
Maacutes de 130 diferentes cassettes de resistencia a antibioacuteticos
(Partridge y col 2009)
Doacutende se localizan los integrones
TRANSPOSONES
Tn21
Tn21 IRtnp
tnpA tnpR res merD merA merP merR
merE merC merT Tn21
IRmer
intI1
En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
Algunas especies tienen dos cromosomas
REGION REGULATORIA
Codoacuten de iniciacioacuten Codoacuten de terminacioacuten
La unidad funcional del cromosoma es el gen
Un segmento de ADN que codifica un solo tipo de ARN o polipeacuteptido contribuyendo asiacute a un fenotipofuncioacuten En ausencia de una funcioacuten demostrable un gen puede ser caracterizado por secuencia transcripcioacuten u homologiacutea Human Gene Nomenclature Committee
iquestQueacute es un gen
En Procariotas
Los genes se hallan ordenados en Operones La transcripcioacuten es policistroacutenica (ARNm de varios genes)
II-Plaacutesmidos
Portan informacioacuten que ayuda a la bacteria a adaptarse al medio circundante y a su evolucioacuten Forman
parte del ldquomovilomardquo
Funciones de los plaacutesmidos
Confieren una caracteriacutestica que la bacteria receptora NO poseiacutea
E coli enteropatoacutegena
E coli enterotoxigeacutenica
E coli enteroinvasiva
E coli comensal
Plaacutesmidos de relevancia asociados a virulencia
operoacuten gerX relacionado con el proceso de germinacioacuten
de las esporas
182 kb
caacutepsula
Factor edema
Factor letal
Antiacutegeno protectivo
Factores de Virulencia
bull Replicacioacuten reparacioacuten recombinacioacuten bull Fertilidad bull Restriccioacuten y modificacioacuten bull Resistencia a antibioacuteticos bull Resistencia a metales toacutexicos y detergentes bull Resistencia a bacterioacutefagos bull Metabolismo de azuacutecares y compuesto aromaacuteticos bull Adhesioacuten celular factores de virulencia
Algunos plaacutesmidos pueden integrarse al cromosoma bacteriano
III-Bacterioacutefagos
Son los virus que infectan a las bacterias y cumplen
un ciclo de multiplicacioacuten dentro de la ceacutelula bacteriana
pudiendo conducir a las lisis de la misma
Muacuteltiples fagos pueden infectar y ser parte del genoma bacteriano
Ciclo Liacutetico
El fago se considera que estaacute en estado
de ldquoprofagordquo
Ciclo Lisogeacutenico
El fago se replica y produce la
lisis bacteriana
Bacterioacutefagos
Alguacuten gen del bacterioacutefago puede expresarse y dar una caracteriacutestica especial a la
ceacutelula hospedadora
Ej Fago T12 que lisogeniza cepas de S pyogenes y produce la escarlatina
Bacteria Fago Genes Fenotipo
Vibrio cholerae Fago CTX toxina coleacuterica Coacutelera
Escherichia coli Fago lambda toxina shigalike Siacutendrome Ureacutemico Hemoliacutetico-Diarrea
Clostridium botulinum Fago clostridial toxina botuliacutenica Botulismo
Corynebacterium diphtheriae
Fago Beta toxina difteacuterica Difteria
Streptococcus pyogenes Fago T12 toxinas
eritrogeacutenicas Escarlatina
En la bacteria lisogenizada alguacuten gen del profago puede expresarse y dar una
caracteriacutestica especial a la ceacutelula hospedadora
IV-Elementos Moacuteviles Del Genoma Bacteriano
bull Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS (IS1 IS2 IS3 etc) bull Transposones simples (familia Tn3) bull Transposones compuestos (Tn5 Tn10 etc) bull Transposones conjugativos bull Sistema Integroacutencassettes
Transposones
1er Transposoacuten identificado en el maiacutez
Transposones bacterianos
Los transposones son los
elementos maacutes abundantes
en la naturaleza
Mecanismos del ADN
Moacutevil expresioacuten de genes
sobre-expresioacuten de genes
delecioacuten de genes
disrupcioacuten de genes
modulacioacuten de la expresioacuten
duplicacioacutenacumulacioacuten de
genes
movilizacioacuten de genes
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
ADN Blanco Transposicioacuten
Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
RUTAS DE TRANSPOSICIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CROMOSOMA
Transposones simples
Tn7
FRAGMENTO DE ADN RODEADO DE DOS SECUENCIAS DE INSERCIOacuteN (ISs)
IR tnpA IR aac(3)-IIa IR tnpA IR
Transposones compuestos
IS140 IS140 Resistencia a gentamicina IS140 IS140 IS140
Transposones conjugativos
Se transfieren de una bacteria a otra y se insertan en el cromosoma Son el paradigma de las llamadas islas genoacutemicas
Islas genoacutemicas o alieniacutegenas localizadas en cromosoma o plaacutesmidos
Poseen un porcentaje G+C diferente al resto del genoma bacteriano
Isla Genoacutemica
(Hacker and Carniel 2001)
Isla de Patogenicidad de Escherichia coli enteropatoacutegena produce borrado de microvellosidades
Isla de Patogenicidad de Clostridium difficile producen la colitis
pseudomebranosa
Isla Ecoloacutegica
Isla Ecoloacutegica
Isla de Resistencia
Isla de Simbiosis
Isla de Patogenicidad
Ceacutelula bacteriana
Fitness de la Isla
Isla Genoacutemica
Isla Genoacutemica
Sistema IntegroacutenCassettes
Ingenieriacutea geneacutetica in vivo
Pc
attI
(Stokes and Hall 1989)
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Integrasas de Integroacuten
gen + sitio attC = cassette
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Sistema IntegroacutenCassettes
17 de los genomas poseen un gen de integrasa
(de un total de 1189 genomas 2010)
Pc
attI intI
2343 cassettes diferentes en 50 m2 de superficie de suelo
Sistema IntegroacutenCassettes
Vibrio cholerae
SI
La mayoriacutea como gen ubicuo dentro de una especie
Integrones ubicados en elementos moacuteviles y de relevancia cliacutenica
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX ybfA ybfB ybgA tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
attI2
intI1 aac(6acute)-Ib blaOXA-2 orfD qacEΔ1 sul1 orf5
attI1
Resistencia a szlig-lactaacutemicos 34 cassettes Resistencia a aminoglicoacutesidos 38 cassettes Resistencia a cloranfenicol 12 cassettes Resistencia a trimetoprima 13 cassettes Resistencia a estreptotricina 2 cassettes Resistencia a rifampicina 3 cassettes Resistencia a eritromicina 2 cassettes Resistencia a fluoroquinolonas 2 cassettes Resistencia a antiseacutepticos 5 cassettes
Maacutes de 130 diferentes cassettes de resistencia a antibioacuteticos
(Partridge y col 2009)
Doacutende se localizan los integrones
TRANSPOSONES
Tn21
Tn21 IRtnp
tnpA tnpR res merD merA merP merR
merE merC merT Tn21
IRmer
intI1
En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
REGION REGULATORIA
Codoacuten de iniciacioacuten Codoacuten de terminacioacuten
La unidad funcional del cromosoma es el gen
Un segmento de ADN que codifica un solo tipo de ARN o polipeacuteptido contribuyendo asiacute a un fenotipofuncioacuten En ausencia de una funcioacuten demostrable un gen puede ser caracterizado por secuencia transcripcioacuten u homologiacutea Human Gene Nomenclature Committee
iquestQueacute es un gen
En Procariotas
Los genes se hallan ordenados en Operones La transcripcioacuten es policistroacutenica (ARNm de varios genes)
II-Plaacutesmidos
Portan informacioacuten que ayuda a la bacteria a adaptarse al medio circundante y a su evolucioacuten Forman
parte del ldquomovilomardquo
Funciones de los plaacutesmidos
Confieren una caracteriacutestica que la bacteria receptora NO poseiacutea
E coli enteropatoacutegena
E coli enterotoxigeacutenica
E coli enteroinvasiva
E coli comensal
Plaacutesmidos de relevancia asociados a virulencia
operoacuten gerX relacionado con el proceso de germinacioacuten
de las esporas
182 kb
caacutepsula
Factor edema
Factor letal
Antiacutegeno protectivo
Factores de Virulencia
bull Replicacioacuten reparacioacuten recombinacioacuten bull Fertilidad bull Restriccioacuten y modificacioacuten bull Resistencia a antibioacuteticos bull Resistencia a metales toacutexicos y detergentes bull Resistencia a bacterioacutefagos bull Metabolismo de azuacutecares y compuesto aromaacuteticos bull Adhesioacuten celular factores de virulencia
Algunos plaacutesmidos pueden integrarse al cromosoma bacteriano
III-Bacterioacutefagos
Son los virus que infectan a las bacterias y cumplen
un ciclo de multiplicacioacuten dentro de la ceacutelula bacteriana
pudiendo conducir a las lisis de la misma
Muacuteltiples fagos pueden infectar y ser parte del genoma bacteriano
Ciclo Liacutetico
El fago se considera que estaacute en estado
de ldquoprofagordquo
Ciclo Lisogeacutenico
El fago se replica y produce la
lisis bacteriana
Bacterioacutefagos
Alguacuten gen del bacterioacutefago puede expresarse y dar una caracteriacutestica especial a la
ceacutelula hospedadora
Ej Fago T12 que lisogeniza cepas de S pyogenes y produce la escarlatina
Bacteria Fago Genes Fenotipo
Vibrio cholerae Fago CTX toxina coleacuterica Coacutelera
Escherichia coli Fago lambda toxina shigalike Siacutendrome Ureacutemico Hemoliacutetico-Diarrea
Clostridium botulinum Fago clostridial toxina botuliacutenica Botulismo
Corynebacterium diphtheriae
Fago Beta toxina difteacuterica Difteria
Streptococcus pyogenes Fago T12 toxinas
eritrogeacutenicas Escarlatina
En la bacteria lisogenizada alguacuten gen del profago puede expresarse y dar una
caracteriacutestica especial a la ceacutelula hospedadora
IV-Elementos Moacuteviles Del Genoma Bacteriano
bull Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS (IS1 IS2 IS3 etc) bull Transposones simples (familia Tn3) bull Transposones compuestos (Tn5 Tn10 etc) bull Transposones conjugativos bull Sistema Integroacutencassettes
Transposones
1er Transposoacuten identificado en el maiacutez
Transposones bacterianos
Los transposones son los
elementos maacutes abundantes
en la naturaleza
Mecanismos del ADN
Moacutevil expresioacuten de genes
sobre-expresioacuten de genes
delecioacuten de genes
disrupcioacuten de genes
modulacioacuten de la expresioacuten
duplicacioacutenacumulacioacuten de
genes
movilizacioacuten de genes
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
ADN Blanco Transposicioacuten
Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
RUTAS DE TRANSPOSICIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CROMOSOMA
Transposones simples
Tn7
FRAGMENTO DE ADN RODEADO DE DOS SECUENCIAS DE INSERCIOacuteN (ISs)
IR tnpA IR aac(3)-IIa IR tnpA IR
Transposones compuestos
IS140 IS140 Resistencia a gentamicina IS140 IS140 IS140
Transposones conjugativos
Se transfieren de una bacteria a otra y se insertan en el cromosoma Son el paradigma de las llamadas islas genoacutemicas
Islas genoacutemicas o alieniacutegenas localizadas en cromosoma o plaacutesmidos
Poseen un porcentaje G+C diferente al resto del genoma bacteriano
Isla Genoacutemica
(Hacker and Carniel 2001)
Isla de Patogenicidad de Escherichia coli enteropatoacutegena produce borrado de microvellosidades
Isla de Patogenicidad de Clostridium difficile producen la colitis
pseudomebranosa
Isla Ecoloacutegica
Isla Ecoloacutegica
Isla de Resistencia
Isla de Simbiosis
Isla de Patogenicidad
Ceacutelula bacteriana
Fitness de la Isla
Isla Genoacutemica
Isla Genoacutemica
Sistema IntegroacutenCassettes
Ingenieriacutea geneacutetica in vivo
Pc
attI
(Stokes and Hall 1989)
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Integrasas de Integroacuten
gen + sitio attC = cassette
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Sistema IntegroacutenCassettes
17 de los genomas poseen un gen de integrasa
(de un total de 1189 genomas 2010)
Pc
attI intI
2343 cassettes diferentes en 50 m2 de superficie de suelo
Sistema IntegroacutenCassettes
Vibrio cholerae
SI
La mayoriacutea como gen ubicuo dentro de una especie
Integrones ubicados en elementos moacuteviles y de relevancia cliacutenica
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX ybfA ybfB ybgA tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
attI2
intI1 aac(6acute)-Ib blaOXA-2 orfD qacEΔ1 sul1 orf5
attI1
Resistencia a szlig-lactaacutemicos 34 cassettes Resistencia a aminoglicoacutesidos 38 cassettes Resistencia a cloranfenicol 12 cassettes Resistencia a trimetoprima 13 cassettes Resistencia a estreptotricina 2 cassettes Resistencia a rifampicina 3 cassettes Resistencia a eritromicina 2 cassettes Resistencia a fluoroquinolonas 2 cassettes Resistencia a antiseacutepticos 5 cassettes
Maacutes de 130 diferentes cassettes de resistencia a antibioacuteticos
(Partridge y col 2009)
Doacutende se localizan los integrones
TRANSPOSONES
Tn21
Tn21 IRtnp
tnpA tnpR res merD merA merP merR
merE merC merT Tn21
IRmer
intI1
En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
Un segmento de ADN que codifica un solo tipo de ARN o polipeacuteptido contribuyendo asiacute a un fenotipofuncioacuten En ausencia de una funcioacuten demostrable un gen puede ser caracterizado por secuencia transcripcioacuten u homologiacutea Human Gene Nomenclature Committee
iquestQueacute es un gen
En Procariotas
Los genes se hallan ordenados en Operones La transcripcioacuten es policistroacutenica (ARNm de varios genes)
II-Plaacutesmidos
Portan informacioacuten que ayuda a la bacteria a adaptarse al medio circundante y a su evolucioacuten Forman
parte del ldquomovilomardquo
Funciones de los plaacutesmidos
Confieren una caracteriacutestica que la bacteria receptora NO poseiacutea
E coli enteropatoacutegena
E coli enterotoxigeacutenica
E coli enteroinvasiva
E coli comensal
Plaacutesmidos de relevancia asociados a virulencia
operoacuten gerX relacionado con el proceso de germinacioacuten
de las esporas
182 kb
caacutepsula
Factor edema
Factor letal
Antiacutegeno protectivo
Factores de Virulencia
bull Replicacioacuten reparacioacuten recombinacioacuten bull Fertilidad bull Restriccioacuten y modificacioacuten bull Resistencia a antibioacuteticos bull Resistencia a metales toacutexicos y detergentes bull Resistencia a bacterioacutefagos bull Metabolismo de azuacutecares y compuesto aromaacuteticos bull Adhesioacuten celular factores de virulencia
Algunos plaacutesmidos pueden integrarse al cromosoma bacteriano
III-Bacterioacutefagos
Son los virus que infectan a las bacterias y cumplen
un ciclo de multiplicacioacuten dentro de la ceacutelula bacteriana
pudiendo conducir a las lisis de la misma
Muacuteltiples fagos pueden infectar y ser parte del genoma bacteriano
Ciclo Liacutetico
El fago se considera que estaacute en estado
de ldquoprofagordquo
Ciclo Lisogeacutenico
El fago se replica y produce la
lisis bacteriana
Bacterioacutefagos
Alguacuten gen del bacterioacutefago puede expresarse y dar una caracteriacutestica especial a la
ceacutelula hospedadora
Ej Fago T12 que lisogeniza cepas de S pyogenes y produce la escarlatina
Bacteria Fago Genes Fenotipo
Vibrio cholerae Fago CTX toxina coleacuterica Coacutelera
Escherichia coli Fago lambda toxina shigalike Siacutendrome Ureacutemico Hemoliacutetico-Diarrea
Clostridium botulinum Fago clostridial toxina botuliacutenica Botulismo
Corynebacterium diphtheriae
Fago Beta toxina difteacuterica Difteria
Streptococcus pyogenes Fago T12 toxinas
eritrogeacutenicas Escarlatina
En la bacteria lisogenizada alguacuten gen del profago puede expresarse y dar una
caracteriacutestica especial a la ceacutelula hospedadora
IV-Elementos Moacuteviles Del Genoma Bacteriano
bull Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS (IS1 IS2 IS3 etc) bull Transposones simples (familia Tn3) bull Transposones compuestos (Tn5 Tn10 etc) bull Transposones conjugativos bull Sistema Integroacutencassettes
Transposones
1er Transposoacuten identificado en el maiacutez
Transposones bacterianos
Los transposones son los
elementos maacutes abundantes
en la naturaleza
Mecanismos del ADN
Moacutevil expresioacuten de genes
sobre-expresioacuten de genes
delecioacuten de genes
disrupcioacuten de genes
modulacioacuten de la expresioacuten
duplicacioacutenacumulacioacuten de
genes
movilizacioacuten de genes
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
ADN Blanco Transposicioacuten
Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
RUTAS DE TRANSPOSICIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CROMOSOMA
Transposones simples
Tn7
FRAGMENTO DE ADN RODEADO DE DOS SECUENCIAS DE INSERCIOacuteN (ISs)
IR tnpA IR aac(3)-IIa IR tnpA IR
Transposones compuestos
IS140 IS140 Resistencia a gentamicina IS140 IS140 IS140
Transposones conjugativos
Se transfieren de una bacteria a otra y se insertan en el cromosoma Son el paradigma de las llamadas islas genoacutemicas
Islas genoacutemicas o alieniacutegenas localizadas en cromosoma o plaacutesmidos
Poseen un porcentaje G+C diferente al resto del genoma bacteriano
Isla Genoacutemica
(Hacker and Carniel 2001)
Isla de Patogenicidad de Escherichia coli enteropatoacutegena produce borrado de microvellosidades
Isla de Patogenicidad de Clostridium difficile producen la colitis
pseudomebranosa
Isla Ecoloacutegica
Isla Ecoloacutegica
Isla de Resistencia
Isla de Simbiosis
Isla de Patogenicidad
Ceacutelula bacteriana
Fitness de la Isla
Isla Genoacutemica
Isla Genoacutemica
Sistema IntegroacutenCassettes
Ingenieriacutea geneacutetica in vivo
Pc
attI
(Stokes and Hall 1989)
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Integrasas de Integroacuten
gen + sitio attC = cassette
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Sistema IntegroacutenCassettes
17 de los genomas poseen un gen de integrasa
(de un total de 1189 genomas 2010)
Pc
attI intI
2343 cassettes diferentes en 50 m2 de superficie de suelo
Sistema IntegroacutenCassettes
Vibrio cholerae
SI
La mayoriacutea como gen ubicuo dentro de una especie
Integrones ubicados en elementos moacuteviles y de relevancia cliacutenica
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX ybfA ybfB ybgA tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
attI2
intI1 aac(6acute)-Ib blaOXA-2 orfD qacEΔ1 sul1 orf5
attI1
Resistencia a szlig-lactaacutemicos 34 cassettes Resistencia a aminoglicoacutesidos 38 cassettes Resistencia a cloranfenicol 12 cassettes Resistencia a trimetoprima 13 cassettes Resistencia a estreptotricina 2 cassettes Resistencia a rifampicina 3 cassettes Resistencia a eritromicina 2 cassettes Resistencia a fluoroquinolonas 2 cassettes Resistencia a antiseacutepticos 5 cassettes
Maacutes de 130 diferentes cassettes de resistencia a antibioacuteticos
(Partridge y col 2009)
Doacutende se localizan los integrones
TRANSPOSONES
Tn21
Tn21 IRtnp
tnpA tnpR res merD merA merP merR
merE merC merT Tn21
IRmer
intI1
En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
En Procariotas
Los genes se hallan ordenados en Operones La transcripcioacuten es policistroacutenica (ARNm de varios genes)
II-Plaacutesmidos
Portan informacioacuten que ayuda a la bacteria a adaptarse al medio circundante y a su evolucioacuten Forman
parte del ldquomovilomardquo
Funciones de los plaacutesmidos
Confieren una caracteriacutestica que la bacteria receptora NO poseiacutea
E coli enteropatoacutegena
E coli enterotoxigeacutenica
E coli enteroinvasiva
E coli comensal
Plaacutesmidos de relevancia asociados a virulencia
operoacuten gerX relacionado con el proceso de germinacioacuten
de las esporas
182 kb
caacutepsula
Factor edema
Factor letal
Antiacutegeno protectivo
Factores de Virulencia
bull Replicacioacuten reparacioacuten recombinacioacuten bull Fertilidad bull Restriccioacuten y modificacioacuten bull Resistencia a antibioacuteticos bull Resistencia a metales toacutexicos y detergentes bull Resistencia a bacterioacutefagos bull Metabolismo de azuacutecares y compuesto aromaacuteticos bull Adhesioacuten celular factores de virulencia
Algunos plaacutesmidos pueden integrarse al cromosoma bacteriano
III-Bacterioacutefagos
Son los virus que infectan a las bacterias y cumplen
un ciclo de multiplicacioacuten dentro de la ceacutelula bacteriana
pudiendo conducir a las lisis de la misma
Muacuteltiples fagos pueden infectar y ser parte del genoma bacteriano
Ciclo Liacutetico
El fago se considera que estaacute en estado
de ldquoprofagordquo
Ciclo Lisogeacutenico
El fago se replica y produce la
lisis bacteriana
Bacterioacutefagos
Alguacuten gen del bacterioacutefago puede expresarse y dar una caracteriacutestica especial a la
ceacutelula hospedadora
Ej Fago T12 que lisogeniza cepas de S pyogenes y produce la escarlatina
Bacteria Fago Genes Fenotipo
Vibrio cholerae Fago CTX toxina coleacuterica Coacutelera
Escherichia coli Fago lambda toxina shigalike Siacutendrome Ureacutemico Hemoliacutetico-Diarrea
Clostridium botulinum Fago clostridial toxina botuliacutenica Botulismo
Corynebacterium diphtheriae
Fago Beta toxina difteacuterica Difteria
Streptococcus pyogenes Fago T12 toxinas
eritrogeacutenicas Escarlatina
En la bacteria lisogenizada alguacuten gen del profago puede expresarse y dar una
caracteriacutestica especial a la ceacutelula hospedadora
IV-Elementos Moacuteviles Del Genoma Bacteriano
bull Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS (IS1 IS2 IS3 etc) bull Transposones simples (familia Tn3) bull Transposones compuestos (Tn5 Tn10 etc) bull Transposones conjugativos bull Sistema Integroacutencassettes
Transposones
1er Transposoacuten identificado en el maiacutez
Transposones bacterianos
Los transposones son los
elementos maacutes abundantes
en la naturaleza
Mecanismos del ADN
Moacutevil expresioacuten de genes
sobre-expresioacuten de genes
delecioacuten de genes
disrupcioacuten de genes
modulacioacuten de la expresioacuten
duplicacioacutenacumulacioacuten de
genes
movilizacioacuten de genes
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
ADN Blanco Transposicioacuten
Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
RUTAS DE TRANSPOSICIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CROMOSOMA
Transposones simples
Tn7
FRAGMENTO DE ADN RODEADO DE DOS SECUENCIAS DE INSERCIOacuteN (ISs)
IR tnpA IR aac(3)-IIa IR tnpA IR
Transposones compuestos
IS140 IS140 Resistencia a gentamicina IS140 IS140 IS140
Transposones conjugativos
Se transfieren de una bacteria a otra y se insertan en el cromosoma Son el paradigma de las llamadas islas genoacutemicas
Islas genoacutemicas o alieniacutegenas localizadas en cromosoma o plaacutesmidos
Poseen un porcentaje G+C diferente al resto del genoma bacteriano
Isla Genoacutemica
(Hacker and Carniel 2001)
Isla de Patogenicidad de Escherichia coli enteropatoacutegena produce borrado de microvellosidades
Isla de Patogenicidad de Clostridium difficile producen la colitis
pseudomebranosa
Isla Ecoloacutegica
Isla Ecoloacutegica
Isla de Resistencia
Isla de Simbiosis
Isla de Patogenicidad
Ceacutelula bacteriana
Fitness de la Isla
Isla Genoacutemica
Isla Genoacutemica
Sistema IntegroacutenCassettes
Ingenieriacutea geneacutetica in vivo
Pc
attI
(Stokes and Hall 1989)
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Integrasas de Integroacuten
gen + sitio attC = cassette
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Sistema IntegroacutenCassettes
17 de los genomas poseen un gen de integrasa
(de un total de 1189 genomas 2010)
Pc
attI intI
2343 cassettes diferentes en 50 m2 de superficie de suelo
Sistema IntegroacutenCassettes
Vibrio cholerae
SI
La mayoriacutea como gen ubicuo dentro de una especie
Integrones ubicados en elementos moacuteviles y de relevancia cliacutenica
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX ybfA ybfB ybgA tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
attI2
intI1 aac(6acute)-Ib blaOXA-2 orfD qacEΔ1 sul1 orf5
attI1
Resistencia a szlig-lactaacutemicos 34 cassettes Resistencia a aminoglicoacutesidos 38 cassettes Resistencia a cloranfenicol 12 cassettes Resistencia a trimetoprima 13 cassettes Resistencia a estreptotricina 2 cassettes Resistencia a rifampicina 3 cassettes Resistencia a eritromicina 2 cassettes Resistencia a fluoroquinolonas 2 cassettes Resistencia a antiseacutepticos 5 cassettes
Maacutes de 130 diferentes cassettes de resistencia a antibioacuteticos
(Partridge y col 2009)
Doacutende se localizan los integrones
TRANSPOSONES
Tn21
Tn21 IRtnp
tnpA tnpR res merD merA merP merR
merE merC merT Tn21
IRmer
intI1
En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
II-Plaacutesmidos
Portan informacioacuten que ayuda a la bacteria a adaptarse al medio circundante y a su evolucioacuten Forman
parte del ldquomovilomardquo
Funciones de los plaacutesmidos
Confieren una caracteriacutestica que la bacteria receptora NO poseiacutea
E coli enteropatoacutegena
E coli enterotoxigeacutenica
E coli enteroinvasiva
E coli comensal
Plaacutesmidos de relevancia asociados a virulencia
operoacuten gerX relacionado con el proceso de germinacioacuten
de las esporas
182 kb
caacutepsula
Factor edema
Factor letal
Antiacutegeno protectivo
Factores de Virulencia
bull Replicacioacuten reparacioacuten recombinacioacuten bull Fertilidad bull Restriccioacuten y modificacioacuten bull Resistencia a antibioacuteticos bull Resistencia a metales toacutexicos y detergentes bull Resistencia a bacterioacutefagos bull Metabolismo de azuacutecares y compuesto aromaacuteticos bull Adhesioacuten celular factores de virulencia
Algunos plaacutesmidos pueden integrarse al cromosoma bacteriano
III-Bacterioacutefagos
Son los virus que infectan a las bacterias y cumplen
un ciclo de multiplicacioacuten dentro de la ceacutelula bacteriana
pudiendo conducir a las lisis de la misma
Muacuteltiples fagos pueden infectar y ser parte del genoma bacteriano
Ciclo Liacutetico
El fago se considera que estaacute en estado
de ldquoprofagordquo
Ciclo Lisogeacutenico
El fago se replica y produce la
lisis bacteriana
Bacterioacutefagos
Alguacuten gen del bacterioacutefago puede expresarse y dar una caracteriacutestica especial a la
ceacutelula hospedadora
Ej Fago T12 que lisogeniza cepas de S pyogenes y produce la escarlatina
Bacteria Fago Genes Fenotipo
Vibrio cholerae Fago CTX toxina coleacuterica Coacutelera
Escherichia coli Fago lambda toxina shigalike Siacutendrome Ureacutemico Hemoliacutetico-Diarrea
Clostridium botulinum Fago clostridial toxina botuliacutenica Botulismo
Corynebacterium diphtheriae
Fago Beta toxina difteacuterica Difteria
Streptococcus pyogenes Fago T12 toxinas
eritrogeacutenicas Escarlatina
En la bacteria lisogenizada alguacuten gen del profago puede expresarse y dar una
caracteriacutestica especial a la ceacutelula hospedadora
IV-Elementos Moacuteviles Del Genoma Bacteriano
bull Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS (IS1 IS2 IS3 etc) bull Transposones simples (familia Tn3) bull Transposones compuestos (Tn5 Tn10 etc) bull Transposones conjugativos bull Sistema Integroacutencassettes
Transposones
1er Transposoacuten identificado en el maiacutez
Transposones bacterianos
Los transposones son los
elementos maacutes abundantes
en la naturaleza
Mecanismos del ADN
Moacutevil expresioacuten de genes
sobre-expresioacuten de genes
delecioacuten de genes
disrupcioacuten de genes
modulacioacuten de la expresioacuten
duplicacioacutenacumulacioacuten de
genes
movilizacioacuten de genes
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
ADN Blanco Transposicioacuten
Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
RUTAS DE TRANSPOSICIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CROMOSOMA
Transposones simples
Tn7
FRAGMENTO DE ADN RODEADO DE DOS SECUENCIAS DE INSERCIOacuteN (ISs)
IR tnpA IR aac(3)-IIa IR tnpA IR
Transposones compuestos
IS140 IS140 Resistencia a gentamicina IS140 IS140 IS140
Transposones conjugativos
Se transfieren de una bacteria a otra y se insertan en el cromosoma Son el paradigma de las llamadas islas genoacutemicas
Islas genoacutemicas o alieniacutegenas localizadas en cromosoma o plaacutesmidos
Poseen un porcentaje G+C diferente al resto del genoma bacteriano
Isla Genoacutemica
(Hacker and Carniel 2001)
Isla de Patogenicidad de Escherichia coli enteropatoacutegena produce borrado de microvellosidades
Isla de Patogenicidad de Clostridium difficile producen la colitis
pseudomebranosa
Isla Ecoloacutegica
Isla Ecoloacutegica
Isla de Resistencia
Isla de Simbiosis
Isla de Patogenicidad
Ceacutelula bacteriana
Fitness de la Isla
Isla Genoacutemica
Isla Genoacutemica
Sistema IntegroacutenCassettes
Ingenieriacutea geneacutetica in vivo
Pc
attI
(Stokes and Hall 1989)
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Integrasas de Integroacuten
gen + sitio attC = cassette
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Sistema IntegroacutenCassettes
17 de los genomas poseen un gen de integrasa
(de un total de 1189 genomas 2010)
Pc
attI intI
2343 cassettes diferentes en 50 m2 de superficie de suelo
Sistema IntegroacutenCassettes
Vibrio cholerae
SI
La mayoriacutea como gen ubicuo dentro de una especie
Integrones ubicados en elementos moacuteviles y de relevancia cliacutenica
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX ybfA ybfB ybgA tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
attI2
intI1 aac(6acute)-Ib blaOXA-2 orfD qacEΔ1 sul1 orf5
attI1
Resistencia a szlig-lactaacutemicos 34 cassettes Resistencia a aminoglicoacutesidos 38 cassettes Resistencia a cloranfenicol 12 cassettes Resistencia a trimetoprima 13 cassettes Resistencia a estreptotricina 2 cassettes Resistencia a rifampicina 3 cassettes Resistencia a eritromicina 2 cassettes Resistencia a fluoroquinolonas 2 cassettes Resistencia a antiseacutepticos 5 cassettes
Maacutes de 130 diferentes cassettes de resistencia a antibioacuteticos
(Partridge y col 2009)
Doacutende se localizan los integrones
TRANSPOSONES
Tn21
Tn21 IRtnp
tnpA tnpR res merD merA merP merR
merE merC merT Tn21
IRmer
intI1
En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
Funciones de los plaacutesmidos
Confieren una caracteriacutestica que la bacteria receptora NO poseiacutea
E coli enteropatoacutegena
E coli enterotoxigeacutenica
E coli enteroinvasiva
E coli comensal
Plaacutesmidos de relevancia asociados a virulencia
operoacuten gerX relacionado con el proceso de germinacioacuten
de las esporas
182 kb
caacutepsula
Factor edema
Factor letal
Antiacutegeno protectivo
Factores de Virulencia
bull Replicacioacuten reparacioacuten recombinacioacuten bull Fertilidad bull Restriccioacuten y modificacioacuten bull Resistencia a antibioacuteticos bull Resistencia a metales toacutexicos y detergentes bull Resistencia a bacterioacutefagos bull Metabolismo de azuacutecares y compuesto aromaacuteticos bull Adhesioacuten celular factores de virulencia
Algunos plaacutesmidos pueden integrarse al cromosoma bacteriano
III-Bacterioacutefagos
Son los virus que infectan a las bacterias y cumplen
un ciclo de multiplicacioacuten dentro de la ceacutelula bacteriana
pudiendo conducir a las lisis de la misma
Muacuteltiples fagos pueden infectar y ser parte del genoma bacteriano
Ciclo Liacutetico
El fago se considera que estaacute en estado
de ldquoprofagordquo
Ciclo Lisogeacutenico
El fago se replica y produce la
lisis bacteriana
Bacterioacutefagos
Alguacuten gen del bacterioacutefago puede expresarse y dar una caracteriacutestica especial a la
ceacutelula hospedadora
Ej Fago T12 que lisogeniza cepas de S pyogenes y produce la escarlatina
Bacteria Fago Genes Fenotipo
Vibrio cholerae Fago CTX toxina coleacuterica Coacutelera
Escherichia coli Fago lambda toxina shigalike Siacutendrome Ureacutemico Hemoliacutetico-Diarrea
Clostridium botulinum Fago clostridial toxina botuliacutenica Botulismo
Corynebacterium diphtheriae
Fago Beta toxina difteacuterica Difteria
Streptococcus pyogenes Fago T12 toxinas
eritrogeacutenicas Escarlatina
En la bacteria lisogenizada alguacuten gen del profago puede expresarse y dar una
caracteriacutestica especial a la ceacutelula hospedadora
IV-Elementos Moacuteviles Del Genoma Bacteriano
bull Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS (IS1 IS2 IS3 etc) bull Transposones simples (familia Tn3) bull Transposones compuestos (Tn5 Tn10 etc) bull Transposones conjugativos bull Sistema Integroacutencassettes
Transposones
1er Transposoacuten identificado en el maiacutez
Transposones bacterianos
Los transposones son los
elementos maacutes abundantes
en la naturaleza
Mecanismos del ADN
Moacutevil expresioacuten de genes
sobre-expresioacuten de genes
delecioacuten de genes
disrupcioacuten de genes
modulacioacuten de la expresioacuten
duplicacioacutenacumulacioacuten de
genes
movilizacioacuten de genes
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
ADN Blanco Transposicioacuten
Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
RUTAS DE TRANSPOSICIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CROMOSOMA
Transposones simples
Tn7
FRAGMENTO DE ADN RODEADO DE DOS SECUENCIAS DE INSERCIOacuteN (ISs)
IR tnpA IR aac(3)-IIa IR tnpA IR
Transposones compuestos
IS140 IS140 Resistencia a gentamicina IS140 IS140 IS140
Transposones conjugativos
Se transfieren de una bacteria a otra y se insertan en el cromosoma Son el paradigma de las llamadas islas genoacutemicas
Islas genoacutemicas o alieniacutegenas localizadas en cromosoma o plaacutesmidos
Poseen un porcentaje G+C diferente al resto del genoma bacteriano
Isla Genoacutemica
(Hacker and Carniel 2001)
Isla de Patogenicidad de Escherichia coli enteropatoacutegena produce borrado de microvellosidades
Isla de Patogenicidad de Clostridium difficile producen la colitis
pseudomebranosa
Isla Ecoloacutegica
Isla Ecoloacutegica
Isla de Resistencia
Isla de Simbiosis
Isla de Patogenicidad
Ceacutelula bacteriana
Fitness de la Isla
Isla Genoacutemica
Isla Genoacutemica
Sistema IntegroacutenCassettes
Ingenieriacutea geneacutetica in vivo
Pc
attI
(Stokes and Hall 1989)
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Integrasas de Integroacuten
gen + sitio attC = cassette
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Sistema IntegroacutenCassettes
17 de los genomas poseen un gen de integrasa
(de un total de 1189 genomas 2010)
Pc
attI intI
2343 cassettes diferentes en 50 m2 de superficie de suelo
Sistema IntegroacutenCassettes
Vibrio cholerae
SI
La mayoriacutea como gen ubicuo dentro de una especie
Integrones ubicados en elementos moacuteviles y de relevancia cliacutenica
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX ybfA ybfB ybgA tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
attI2
intI1 aac(6acute)-Ib blaOXA-2 orfD qacEΔ1 sul1 orf5
attI1
Resistencia a szlig-lactaacutemicos 34 cassettes Resistencia a aminoglicoacutesidos 38 cassettes Resistencia a cloranfenicol 12 cassettes Resistencia a trimetoprima 13 cassettes Resistencia a estreptotricina 2 cassettes Resistencia a rifampicina 3 cassettes Resistencia a eritromicina 2 cassettes Resistencia a fluoroquinolonas 2 cassettes Resistencia a antiseacutepticos 5 cassettes
Maacutes de 130 diferentes cassettes de resistencia a antibioacuteticos
(Partridge y col 2009)
Doacutende se localizan los integrones
TRANSPOSONES
Tn21
Tn21 IRtnp
tnpA tnpR res merD merA merP merR
merE merC merT Tn21
IRmer
intI1
En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
Plaacutesmidos de relevancia asociados a virulencia
operoacuten gerX relacionado con el proceso de germinacioacuten
de las esporas
182 kb
caacutepsula
Factor edema
Factor letal
Antiacutegeno protectivo
Factores de Virulencia
bull Replicacioacuten reparacioacuten recombinacioacuten bull Fertilidad bull Restriccioacuten y modificacioacuten bull Resistencia a antibioacuteticos bull Resistencia a metales toacutexicos y detergentes bull Resistencia a bacterioacutefagos bull Metabolismo de azuacutecares y compuesto aromaacuteticos bull Adhesioacuten celular factores de virulencia
Algunos plaacutesmidos pueden integrarse al cromosoma bacteriano
III-Bacterioacutefagos
Son los virus que infectan a las bacterias y cumplen
un ciclo de multiplicacioacuten dentro de la ceacutelula bacteriana
pudiendo conducir a las lisis de la misma
Muacuteltiples fagos pueden infectar y ser parte del genoma bacteriano
Ciclo Liacutetico
El fago se considera que estaacute en estado
de ldquoprofagordquo
Ciclo Lisogeacutenico
El fago se replica y produce la
lisis bacteriana
Bacterioacutefagos
Alguacuten gen del bacterioacutefago puede expresarse y dar una caracteriacutestica especial a la
ceacutelula hospedadora
Ej Fago T12 que lisogeniza cepas de S pyogenes y produce la escarlatina
Bacteria Fago Genes Fenotipo
Vibrio cholerae Fago CTX toxina coleacuterica Coacutelera
Escherichia coli Fago lambda toxina shigalike Siacutendrome Ureacutemico Hemoliacutetico-Diarrea
Clostridium botulinum Fago clostridial toxina botuliacutenica Botulismo
Corynebacterium diphtheriae
Fago Beta toxina difteacuterica Difteria
Streptococcus pyogenes Fago T12 toxinas
eritrogeacutenicas Escarlatina
En la bacteria lisogenizada alguacuten gen del profago puede expresarse y dar una
caracteriacutestica especial a la ceacutelula hospedadora
IV-Elementos Moacuteviles Del Genoma Bacteriano
bull Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS (IS1 IS2 IS3 etc) bull Transposones simples (familia Tn3) bull Transposones compuestos (Tn5 Tn10 etc) bull Transposones conjugativos bull Sistema Integroacutencassettes
Transposones
1er Transposoacuten identificado en el maiacutez
Transposones bacterianos
Los transposones son los
elementos maacutes abundantes
en la naturaleza
Mecanismos del ADN
Moacutevil expresioacuten de genes
sobre-expresioacuten de genes
delecioacuten de genes
disrupcioacuten de genes
modulacioacuten de la expresioacuten
duplicacioacutenacumulacioacuten de
genes
movilizacioacuten de genes
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
ADN Blanco Transposicioacuten
Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
RUTAS DE TRANSPOSICIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CROMOSOMA
Transposones simples
Tn7
FRAGMENTO DE ADN RODEADO DE DOS SECUENCIAS DE INSERCIOacuteN (ISs)
IR tnpA IR aac(3)-IIa IR tnpA IR
Transposones compuestos
IS140 IS140 Resistencia a gentamicina IS140 IS140 IS140
Transposones conjugativos
Se transfieren de una bacteria a otra y se insertan en el cromosoma Son el paradigma de las llamadas islas genoacutemicas
Islas genoacutemicas o alieniacutegenas localizadas en cromosoma o plaacutesmidos
Poseen un porcentaje G+C diferente al resto del genoma bacteriano
Isla Genoacutemica
(Hacker and Carniel 2001)
Isla de Patogenicidad de Escherichia coli enteropatoacutegena produce borrado de microvellosidades
Isla de Patogenicidad de Clostridium difficile producen la colitis
pseudomebranosa
Isla Ecoloacutegica
Isla Ecoloacutegica
Isla de Resistencia
Isla de Simbiosis
Isla de Patogenicidad
Ceacutelula bacteriana
Fitness de la Isla
Isla Genoacutemica
Isla Genoacutemica
Sistema IntegroacutenCassettes
Ingenieriacutea geneacutetica in vivo
Pc
attI
(Stokes and Hall 1989)
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Integrasas de Integroacuten
gen + sitio attC = cassette
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Sistema IntegroacutenCassettes
17 de los genomas poseen un gen de integrasa
(de un total de 1189 genomas 2010)
Pc
attI intI
2343 cassettes diferentes en 50 m2 de superficie de suelo
Sistema IntegroacutenCassettes
Vibrio cholerae
SI
La mayoriacutea como gen ubicuo dentro de una especie
Integrones ubicados en elementos moacuteviles y de relevancia cliacutenica
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX ybfA ybfB ybgA tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
attI2
intI1 aac(6acute)-Ib blaOXA-2 orfD qacEΔ1 sul1 orf5
attI1
Resistencia a szlig-lactaacutemicos 34 cassettes Resistencia a aminoglicoacutesidos 38 cassettes Resistencia a cloranfenicol 12 cassettes Resistencia a trimetoprima 13 cassettes Resistencia a estreptotricina 2 cassettes Resistencia a rifampicina 3 cassettes Resistencia a eritromicina 2 cassettes Resistencia a fluoroquinolonas 2 cassettes Resistencia a antiseacutepticos 5 cassettes
Maacutes de 130 diferentes cassettes de resistencia a antibioacuteticos
(Partridge y col 2009)
Doacutende se localizan los integrones
TRANSPOSONES
Tn21
Tn21 IRtnp
tnpA tnpR res merD merA merP merR
merE merC merT Tn21
IRmer
intI1
En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
bull Replicacioacuten reparacioacuten recombinacioacuten bull Fertilidad bull Restriccioacuten y modificacioacuten bull Resistencia a antibioacuteticos bull Resistencia a metales toacutexicos y detergentes bull Resistencia a bacterioacutefagos bull Metabolismo de azuacutecares y compuesto aromaacuteticos bull Adhesioacuten celular factores de virulencia
Algunos plaacutesmidos pueden integrarse al cromosoma bacteriano
III-Bacterioacutefagos
Son los virus que infectan a las bacterias y cumplen
un ciclo de multiplicacioacuten dentro de la ceacutelula bacteriana
pudiendo conducir a las lisis de la misma
Muacuteltiples fagos pueden infectar y ser parte del genoma bacteriano
Ciclo Liacutetico
El fago se considera que estaacute en estado
de ldquoprofagordquo
Ciclo Lisogeacutenico
El fago se replica y produce la
lisis bacteriana
Bacterioacutefagos
Alguacuten gen del bacterioacutefago puede expresarse y dar una caracteriacutestica especial a la
ceacutelula hospedadora
Ej Fago T12 que lisogeniza cepas de S pyogenes y produce la escarlatina
Bacteria Fago Genes Fenotipo
Vibrio cholerae Fago CTX toxina coleacuterica Coacutelera
Escherichia coli Fago lambda toxina shigalike Siacutendrome Ureacutemico Hemoliacutetico-Diarrea
Clostridium botulinum Fago clostridial toxina botuliacutenica Botulismo
Corynebacterium diphtheriae
Fago Beta toxina difteacuterica Difteria
Streptococcus pyogenes Fago T12 toxinas
eritrogeacutenicas Escarlatina
En la bacteria lisogenizada alguacuten gen del profago puede expresarse y dar una
caracteriacutestica especial a la ceacutelula hospedadora
IV-Elementos Moacuteviles Del Genoma Bacteriano
bull Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS (IS1 IS2 IS3 etc) bull Transposones simples (familia Tn3) bull Transposones compuestos (Tn5 Tn10 etc) bull Transposones conjugativos bull Sistema Integroacutencassettes
Transposones
1er Transposoacuten identificado en el maiacutez
Transposones bacterianos
Los transposones son los
elementos maacutes abundantes
en la naturaleza
Mecanismos del ADN
Moacutevil expresioacuten de genes
sobre-expresioacuten de genes
delecioacuten de genes
disrupcioacuten de genes
modulacioacuten de la expresioacuten
duplicacioacutenacumulacioacuten de
genes
movilizacioacuten de genes
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
ADN Blanco Transposicioacuten
Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
RUTAS DE TRANSPOSICIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CROMOSOMA
Transposones simples
Tn7
FRAGMENTO DE ADN RODEADO DE DOS SECUENCIAS DE INSERCIOacuteN (ISs)
IR tnpA IR aac(3)-IIa IR tnpA IR
Transposones compuestos
IS140 IS140 Resistencia a gentamicina IS140 IS140 IS140
Transposones conjugativos
Se transfieren de una bacteria a otra y se insertan en el cromosoma Son el paradigma de las llamadas islas genoacutemicas
Islas genoacutemicas o alieniacutegenas localizadas en cromosoma o plaacutesmidos
Poseen un porcentaje G+C diferente al resto del genoma bacteriano
Isla Genoacutemica
(Hacker and Carniel 2001)
Isla de Patogenicidad de Escherichia coli enteropatoacutegena produce borrado de microvellosidades
Isla de Patogenicidad de Clostridium difficile producen la colitis
pseudomebranosa
Isla Ecoloacutegica
Isla Ecoloacutegica
Isla de Resistencia
Isla de Simbiosis
Isla de Patogenicidad
Ceacutelula bacteriana
Fitness de la Isla
Isla Genoacutemica
Isla Genoacutemica
Sistema IntegroacutenCassettes
Ingenieriacutea geneacutetica in vivo
Pc
attI
(Stokes and Hall 1989)
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Integrasas de Integroacuten
gen + sitio attC = cassette
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Sistema IntegroacutenCassettes
17 de los genomas poseen un gen de integrasa
(de un total de 1189 genomas 2010)
Pc
attI intI
2343 cassettes diferentes en 50 m2 de superficie de suelo
Sistema IntegroacutenCassettes
Vibrio cholerae
SI
La mayoriacutea como gen ubicuo dentro de una especie
Integrones ubicados en elementos moacuteviles y de relevancia cliacutenica
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX ybfA ybfB ybgA tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
attI2
intI1 aac(6acute)-Ib blaOXA-2 orfD qacEΔ1 sul1 orf5
attI1
Resistencia a szlig-lactaacutemicos 34 cassettes Resistencia a aminoglicoacutesidos 38 cassettes Resistencia a cloranfenicol 12 cassettes Resistencia a trimetoprima 13 cassettes Resistencia a estreptotricina 2 cassettes Resistencia a rifampicina 3 cassettes Resistencia a eritromicina 2 cassettes Resistencia a fluoroquinolonas 2 cassettes Resistencia a antiseacutepticos 5 cassettes
Maacutes de 130 diferentes cassettes de resistencia a antibioacuteticos
(Partridge y col 2009)
Doacutende se localizan los integrones
TRANSPOSONES
Tn21
Tn21 IRtnp
tnpA tnpR res merD merA merP merR
merE merC merT Tn21
IRmer
intI1
En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
Algunos plaacutesmidos pueden integrarse al cromosoma bacteriano
III-Bacterioacutefagos
Son los virus que infectan a las bacterias y cumplen
un ciclo de multiplicacioacuten dentro de la ceacutelula bacteriana
pudiendo conducir a las lisis de la misma
Muacuteltiples fagos pueden infectar y ser parte del genoma bacteriano
Ciclo Liacutetico
El fago se considera que estaacute en estado
de ldquoprofagordquo
Ciclo Lisogeacutenico
El fago se replica y produce la
lisis bacteriana
Bacterioacutefagos
Alguacuten gen del bacterioacutefago puede expresarse y dar una caracteriacutestica especial a la
ceacutelula hospedadora
Ej Fago T12 que lisogeniza cepas de S pyogenes y produce la escarlatina
Bacteria Fago Genes Fenotipo
Vibrio cholerae Fago CTX toxina coleacuterica Coacutelera
Escherichia coli Fago lambda toxina shigalike Siacutendrome Ureacutemico Hemoliacutetico-Diarrea
Clostridium botulinum Fago clostridial toxina botuliacutenica Botulismo
Corynebacterium diphtheriae
Fago Beta toxina difteacuterica Difteria
Streptococcus pyogenes Fago T12 toxinas
eritrogeacutenicas Escarlatina
En la bacteria lisogenizada alguacuten gen del profago puede expresarse y dar una
caracteriacutestica especial a la ceacutelula hospedadora
IV-Elementos Moacuteviles Del Genoma Bacteriano
bull Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS (IS1 IS2 IS3 etc) bull Transposones simples (familia Tn3) bull Transposones compuestos (Tn5 Tn10 etc) bull Transposones conjugativos bull Sistema Integroacutencassettes
Transposones
1er Transposoacuten identificado en el maiacutez
Transposones bacterianos
Los transposones son los
elementos maacutes abundantes
en la naturaleza
Mecanismos del ADN
Moacutevil expresioacuten de genes
sobre-expresioacuten de genes
delecioacuten de genes
disrupcioacuten de genes
modulacioacuten de la expresioacuten
duplicacioacutenacumulacioacuten de
genes
movilizacioacuten de genes
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
ADN Blanco Transposicioacuten
Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
RUTAS DE TRANSPOSICIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CROMOSOMA
Transposones simples
Tn7
FRAGMENTO DE ADN RODEADO DE DOS SECUENCIAS DE INSERCIOacuteN (ISs)
IR tnpA IR aac(3)-IIa IR tnpA IR
Transposones compuestos
IS140 IS140 Resistencia a gentamicina IS140 IS140 IS140
Transposones conjugativos
Se transfieren de una bacteria a otra y se insertan en el cromosoma Son el paradigma de las llamadas islas genoacutemicas
Islas genoacutemicas o alieniacutegenas localizadas en cromosoma o plaacutesmidos
Poseen un porcentaje G+C diferente al resto del genoma bacteriano
Isla Genoacutemica
(Hacker and Carniel 2001)
Isla de Patogenicidad de Escherichia coli enteropatoacutegena produce borrado de microvellosidades
Isla de Patogenicidad de Clostridium difficile producen la colitis
pseudomebranosa
Isla Ecoloacutegica
Isla Ecoloacutegica
Isla de Resistencia
Isla de Simbiosis
Isla de Patogenicidad
Ceacutelula bacteriana
Fitness de la Isla
Isla Genoacutemica
Isla Genoacutemica
Sistema IntegroacutenCassettes
Ingenieriacutea geneacutetica in vivo
Pc
attI
(Stokes and Hall 1989)
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Integrasas de Integroacuten
gen + sitio attC = cassette
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Sistema IntegroacutenCassettes
17 de los genomas poseen un gen de integrasa
(de un total de 1189 genomas 2010)
Pc
attI intI
2343 cassettes diferentes en 50 m2 de superficie de suelo
Sistema IntegroacutenCassettes
Vibrio cholerae
SI
La mayoriacutea como gen ubicuo dentro de una especie
Integrones ubicados en elementos moacuteviles y de relevancia cliacutenica
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX ybfA ybfB ybgA tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
attI2
intI1 aac(6acute)-Ib blaOXA-2 orfD qacEΔ1 sul1 orf5
attI1
Resistencia a szlig-lactaacutemicos 34 cassettes Resistencia a aminoglicoacutesidos 38 cassettes Resistencia a cloranfenicol 12 cassettes Resistencia a trimetoprima 13 cassettes Resistencia a estreptotricina 2 cassettes Resistencia a rifampicina 3 cassettes Resistencia a eritromicina 2 cassettes Resistencia a fluoroquinolonas 2 cassettes Resistencia a antiseacutepticos 5 cassettes
Maacutes de 130 diferentes cassettes de resistencia a antibioacuteticos
(Partridge y col 2009)
Doacutende se localizan los integrones
TRANSPOSONES
Tn21
Tn21 IRtnp
tnpA tnpR res merD merA merP merR
merE merC merT Tn21
IRmer
intI1
En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
III-Bacterioacutefagos
Son los virus que infectan a las bacterias y cumplen
un ciclo de multiplicacioacuten dentro de la ceacutelula bacteriana
pudiendo conducir a las lisis de la misma
Muacuteltiples fagos pueden infectar y ser parte del genoma bacteriano
Ciclo Liacutetico
El fago se considera que estaacute en estado
de ldquoprofagordquo
Ciclo Lisogeacutenico
El fago se replica y produce la
lisis bacteriana
Bacterioacutefagos
Alguacuten gen del bacterioacutefago puede expresarse y dar una caracteriacutestica especial a la
ceacutelula hospedadora
Ej Fago T12 que lisogeniza cepas de S pyogenes y produce la escarlatina
Bacteria Fago Genes Fenotipo
Vibrio cholerae Fago CTX toxina coleacuterica Coacutelera
Escherichia coli Fago lambda toxina shigalike Siacutendrome Ureacutemico Hemoliacutetico-Diarrea
Clostridium botulinum Fago clostridial toxina botuliacutenica Botulismo
Corynebacterium diphtheriae
Fago Beta toxina difteacuterica Difteria
Streptococcus pyogenes Fago T12 toxinas
eritrogeacutenicas Escarlatina
En la bacteria lisogenizada alguacuten gen del profago puede expresarse y dar una
caracteriacutestica especial a la ceacutelula hospedadora
IV-Elementos Moacuteviles Del Genoma Bacteriano
bull Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS (IS1 IS2 IS3 etc) bull Transposones simples (familia Tn3) bull Transposones compuestos (Tn5 Tn10 etc) bull Transposones conjugativos bull Sistema Integroacutencassettes
Transposones
1er Transposoacuten identificado en el maiacutez
Transposones bacterianos
Los transposones son los
elementos maacutes abundantes
en la naturaleza
Mecanismos del ADN
Moacutevil expresioacuten de genes
sobre-expresioacuten de genes
delecioacuten de genes
disrupcioacuten de genes
modulacioacuten de la expresioacuten
duplicacioacutenacumulacioacuten de
genes
movilizacioacuten de genes
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
ADN Blanco Transposicioacuten
Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
RUTAS DE TRANSPOSICIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CROMOSOMA
Transposones simples
Tn7
FRAGMENTO DE ADN RODEADO DE DOS SECUENCIAS DE INSERCIOacuteN (ISs)
IR tnpA IR aac(3)-IIa IR tnpA IR
Transposones compuestos
IS140 IS140 Resistencia a gentamicina IS140 IS140 IS140
Transposones conjugativos
Se transfieren de una bacteria a otra y se insertan en el cromosoma Son el paradigma de las llamadas islas genoacutemicas
Islas genoacutemicas o alieniacutegenas localizadas en cromosoma o plaacutesmidos
Poseen un porcentaje G+C diferente al resto del genoma bacteriano
Isla Genoacutemica
(Hacker and Carniel 2001)
Isla de Patogenicidad de Escherichia coli enteropatoacutegena produce borrado de microvellosidades
Isla de Patogenicidad de Clostridium difficile producen la colitis
pseudomebranosa
Isla Ecoloacutegica
Isla Ecoloacutegica
Isla de Resistencia
Isla de Simbiosis
Isla de Patogenicidad
Ceacutelula bacteriana
Fitness de la Isla
Isla Genoacutemica
Isla Genoacutemica
Sistema IntegroacutenCassettes
Ingenieriacutea geneacutetica in vivo
Pc
attI
(Stokes and Hall 1989)
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Integrasas de Integroacuten
gen + sitio attC = cassette
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Sistema IntegroacutenCassettes
17 de los genomas poseen un gen de integrasa
(de un total de 1189 genomas 2010)
Pc
attI intI
2343 cassettes diferentes en 50 m2 de superficie de suelo
Sistema IntegroacutenCassettes
Vibrio cholerae
SI
La mayoriacutea como gen ubicuo dentro de una especie
Integrones ubicados en elementos moacuteviles y de relevancia cliacutenica
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX ybfA ybfB ybgA tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
attI2
intI1 aac(6acute)-Ib blaOXA-2 orfD qacEΔ1 sul1 orf5
attI1
Resistencia a szlig-lactaacutemicos 34 cassettes Resistencia a aminoglicoacutesidos 38 cassettes Resistencia a cloranfenicol 12 cassettes Resistencia a trimetoprima 13 cassettes Resistencia a estreptotricina 2 cassettes Resistencia a rifampicina 3 cassettes Resistencia a eritromicina 2 cassettes Resistencia a fluoroquinolonas 2 cassettes Resistencia a antiseacutepticos 5 cassettes
Maacutes de 130 diferentes cassettes de resistencia a antibioacuteticos
(Partridge y col 2009)
Doacutende se localizan los integrones
TRANSPOSONES
Tn21
Tn21 IRtnp
tnpA tnpR res merD merA merP merR
merE merC merT Tn21
IRmer
intI1
En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
Muacuteltiples fagos pueden infectar y ser parte del genoma bacteriano
Ciclo Liacutetico
El fago se considera que estaacute en estado
de ldquoprofagordquo
Ciclo Lisogeacutenico
El fago se replica y produce la
lisis bacteriana
Bacterioacutefagos
Alguacuten gen del bacterioacutefago puede expresarse y dar una caracteriacutestica especial a la
ceacutelula hospedadora
Ej Fago T12 que lisogeniza cepas de S pyogenes y produce la escarlatina
Bacteria Fago Genes Fenotipo
Vibrio cholerae Fago CTX toxina coleacuterica Coacutelera
Escherichia coli Fago lambda toxina shigalike Siacutendrome Ureacutemico Hemoliacutetico-Diarrea
Clostridium botulinum Fago clostridial toxina botuliacutenica Botulismo
Corynebacterium diphtheriae
Fago Beta toxina difteacuterica Difteria
Streptococcus pyogenes Fago T12 toxinas
eritrogeacutenicas Escarlatina
En la bacteria lisogenizada alguacuten gen del profago puede expresarse y dar una
caracteriacutestica especial a la ceacutelula hospedadora
IV-Elementos Moacuteviles Del Genoma Bacteriano
bull Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS (IS1 IS2 IS3 etc) bull Transposones simples (familia Tn3) bull Transposones compuestos (Tn5 Tn10 etc) bull Transposones conjugativos bull Sistema Integroacutencassettes
Transposones
1er Transposoacuten identificado en el maiacutez
Transposones bacterianos
Los transposones son los
elementos maacutes abundantes
en la naturaleza
Mecanismos del ADN
Moacutevil expresioacuten de genes
sobre-expresioacuten de genes
delecioacuten de genes
disrupcioacuten de genes
modulacioacuten de la expresioacuten
duplicacioacutenacumulacioacuten de
genes
movilizacioacuten de genes
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
ADN Blanco Transposicioacuten
Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
RUTAS DE TRANSPOSICIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CROMOSOMA
Transposones simples
Tn7
FRAGMENTO DE ADN RODEADO DE DOS SECUENCIAS DE INSERCIOacuteN (ISs)
IR tnpA IR aac(3)-IIa IR tnpA IR
Transposones compuestos
IS140 IS140 Resistencia a gentamicina IS140 IS140 IS140
Transposones conjugativos
Se transfieren de una bacteria a otra y se insertan en el cromosoma Son el paradigma de las llamadas islas genoacutemicas
Islas genoacutemicas o alieniacutegenas localizadas en cromosoma o plaacutesmidos
Poseen un porcentaje G+C diferente al resto del genoma bacteriano
Isla Genoacutemica
(Hacker and Carniel 2001)
Isla de Patogenicidad de Escherichia coli enteropatoacutegena produce borrado de microvellosidades
Isla de Patogenicidad de Clostridium difficile producen la colitis
pseudomebranosa
Isla Ecoloacutegica
Isla Ecoloacutegica
Isla de Resistencia
Isla de Simbiosis
Isla de Patogenicidad
Ceacutelula bacteriana
Fitness de la Isla
Isla Genoacutemica
Isla Genoacutemica
Sistema IntegroacutenCassettes
Ingenieriacutea geneacutetica in vivo
Pc
attI
(Stokes and Hall 1989)
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Integrasas de Integroacuten
gen + sitio attC = cassette
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Sistema IntegroacutenCassettes
17 de los genomas poseen un gen de integrasa
(de un total de 1189 genomas 2010)
Pc
attI intI
2343 cassettes diferentes en 50 m2 de superficie de suelo
Sistema IntegroacutenCassettes
Vibrio cholerae
SI
La mayoriacutea como gen ubicuo dentro de una especie
Integrones ubicados en elementos moacuteviles y de relevancia cliacutenica
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX ybfA ybfB ybgA tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
attI2
intI1 aac(6acute)-Ib blaOXA-2 orfD qacEΔ1 sul1 orf5
attI1
Resistencia a szlig-lactaacutemicos 34 cassettes Resistencia a aminoglicoacutesidos 38 cassettes Resistencia a cloranfenicol 12 cassettes Resistencia a trimetoprima 13 cassettes Resistencia a estreptotricina 2 cassettes Resistencia a rifampicina 3 cassettes Resistencia a eritromicina 2 cassettes Resistencia a fluoroquinolonas 2 cassettes Resistencia a antiseacutepticos 5 cassettes
Maacutes de 130 diferentes cassettes de resistencia a antibioacuteticos
(Partridge y col 2009)
Doacutende se localizan los integrones
TRANSPOSONES
Tn21
Tn21 IRtnp
tnpA tnpR res merD merA merP merR
merE merC merT Tn21
IRmer
intI1
En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
Ciclo Liacutetico
El fago se considera que estaacute en estado
de ldquoprofagordquo
Ciclo Lisogeacutenico
El fago se replica y produce la
lisis bacteriana
Bacterioacutefagos
Alguacuten gen del bacterioacutefago puede expresarse y dar una caracteriacutestica especial a la
ceacutelula hospedadora
Ej Fago T12 que lisogeniza cepas de S pyogenes y produce la escarlatina
Bacteria Fago Genes Fenotipo
Vibrio cholerae Fago CTX toxina coleacuterica Coacutelera
Escherichia coli Fago lambda toxina shigalike Siacutendrome Ureacutemico Hemoliacutetico-Diarrea
Clostridium botulinum Fago clostridial toxina botuliacutenica Botulismo
Corynebacterium diphtheriae
Fago Beta toxina difteacuterica Difteria
Streptococcus pyogenes Fago T12 toxinas
eritrogeacutenicas Escarlatina
En la bacteria lisogenizada alguacuten gen del profago puede expresarse y dar una
caracteriacutestica especial a la ceacutelula hospedadora
IV-Elementos Moacuteviles Del Genoma Bacteriano
bull Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS (IS1 IS2 IS3 etc) bull Transposones simples (familia Tn3) bull Transposones compuestos (Tn5 Tn10 etc) bull Transposones conjugativos bull Sistema Integroacutencassettes
Transposones
1er Transposoacuten identificado en el maiacutez
Transposones bacterianos
Los transposones son los
elementos maacutes abundantes
en la naturaleza
Mecanismos del ADN
Moacutevil expresioacuten de genes
sobre-expresioacuten de genes
delecioacuten de genes
disrupcioacuten de genes
modulacioacuten de la expresioacuten
duplicacioacutenacumulacioacuten de
genes
movilizacioacuten de genes
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
ADN Blanco Transposicioacuten
Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
RUTAS DE TRANSPOSICIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CROMOSOMA
Transposones simples
Tn7
FRAGMENTO DE ADN RODEADO DE DOS SECUENCIAS DE INSERCIOacuteN (ISs)
IR tnpA IR aac(3)-IIa IR tnpA IR
Transposones compuestos
IS140 IS140 Resistencia a gentamicina IS140 IS140 IS140
Transposones conjugativos
Se transfieren de una bacteria a otra y se insertan en el cromosoma Son el paradigma de las llamadas islas genoacutemicas
Islas genoacutemicas o alieniacutegenas localizadas en cromosoma o plaacutesmidos
Poseen un porcentaje G+C diferente al resto del genoma bacteriano
Isla Genoacutemica
(Hacker and Carniel 2001)
Isla de Patogenicidad de Escherichia coli enteropatoacutegena produce borrado de microvellosidades
Isla de Patogenicidad de Clostridium difficile producen la colitis
pseudomebranosa
Isla Ecoloacutegica
Isla Ecoloacutegica
Isla de Resistencia
Isla de Simbiosis
Isla de Patogenicidad
Ceacutelula bacteriana
Fitness de la Isla
Isla Genoacutemica
Isla Genoacutemica
Sistema IntegroacutenCassettes
Ingenieriacutea geneacutetica in vivo
Pc
attI
(Stokes and Hall 1989)
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Integrasas de Integroacuten
gen + sitio attC = cassette
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Sistema IntegroacutenCassettes
17 de los genomas poseen un gen de integrasa
(de un total de 1189 genomas 2010)
Pc
attI intI
2343 cassettes diferentes en 50 m2 de superficie de suelo
Sistema IntegroacutenCassettes
Vibrio cholerae
SI
La mayoriacutea como gen ubicuo dentro de una especie
Integrones ubicados en elementos moacuteviles y de relevancia cliacutenica
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX ybfA ybfB ybgA tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
attI2
intI1 aac(6acute)-Ib blaOXA-2 orfD qacEΔ1 sul1 orf5
attI1
Resistencia a szlig-lactaacutemicos 34 cassettes Resistencia a aminoglicoacutesidos 38 cassettes Resistencia a cloranfenicol 12 cassettes Resistencia a trimetoprima 13 cassettes Resistencia a estreptotricina 2 cassettes Resistencia a rifampicina 3 cassettes Resistencia a eritromicina 2 cassettes Resistencia a fluoroquinolonas 2 cassettes Resistencia a antiseacutepticos 5 cassettes
Maacutes de 130 diferentes cassettes de resistencia a antibioacuteticos
(Partridge y col 2009)
Doacutende se localizan los integrones
TRANSPOSONES
Tn21
Tn21 IRtnp
tnpA tnpR res merD merA merP merR
merE merC merT Tn21
IRmer
intI1
En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
Alguacuten gen del bacterioacutefago puede expresarse y dar una caracteriacutestica especial a la
ceacutelula hospedadora
Ej Fago T12 que lisogeniza cepas de S pyogenes y produce la escarlatina
Bacteria Fago Genes Fenotipo
Vibrio cholerae Fago CTX toxina coleacuterica Coacutelera
Escherichia coli Fago lambda toxina shigalike Siacutendrome Ureacutemico Hemoliacutetico-Diarrea
Clostridium botulinum Fago clostridial toxina botuliacutenica Botulismo
Corynebacterium diphtheriae
Fago Beta toxina difteacuterica Difteria
Streptococcus pyogenes Fago T12 toxinas
eritrogeacutenicas Escarlatina
En la bacteria lisogenizada alguacuten gen del profago puede expresarse y dar una
caracteriacutestica especial a la ceacutelula hospedadora
IV-Elementos Moacuteviles Del Genoma Bacteriano
bull Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS (IS1 IS2 IS3 etc) bull Transposones simples (familia Tn3) bull Transposones compuestos (Tn5 Tn10 etc) bull Transposones conjugativos bull Sistema Integroacutencassettes
Transposones
1er Transposoacuten identificado en el maiacutez
Transposones bacterianos
Los transposones son los
elementos maacutes abundantes
en la naturaleza
Mecanismos del ADN
Moacutevil expresioacuten de genes
sobre-expresioacuten de genes
delecioacuten de genes
disrupcioacuten de genes
modulacioacuten de la expresioacuten
duplicacioacutenacumulacioacuten de
genes
movilizacioacuten de genes
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
ADN Blanco Transposicioacuten
Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
RUTAS DE TRANSPOSICIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CROMOSOMA
Transposones simples
Tn7
FRAGMENTO DE ADN RODEADO DE DOS SECUENCIAS DE INSERCIOacuteN (ISs)
IR tnpA IR aac(3)-IIa IR tnpA IR
Transposones compuestos
IS140 IS140 Resistencia a gentamicina IS140 IS140 IS140
Transposones conjugativos
Se transfieren de una bacteria a otra y se insertan en el cromosoma Son el paradigma de las llamadas islas genoacutemicas
Islas genoacutemicas o alieniacutegenas localizadas en cromosoma o plaacutesmidos
Poseen un porcentaje G+C diferente al resto del genoma bacteriano
Isla Genoacutemica
(Hacker and Carniel 2001)
Isla de Patogenicidad de Escherichia coli enteropatoacutegena produce borrado de microvellosidades
Isla de Patogenicidad de Clostridium difficile producen la colitis
pseudomebranosa
Isla Ecoloacutegica
Isla Ecoloacutegica
Isla de Resistencia
Isla de Simbiosis
Isla de Patogenicidad
Ceacutelula bacteriana
Fitness de la Isla
Isla Genoacutemica
Isla Genoacutemica
Sistema IntegroacutenCassettes
Ingenieriacutea geneacutetica in vivo
Pc
attI
(Stokes and Hall 1989)
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Integrasas de Integroacuten
gen + sitio attC = cassette
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Sistema IntegroacutenCassettes
17 de los genomas poseen un gen de integrasa
(de un total de 1189 genomas 2010)
Pc
attI intI
2343 cassettes diferentes en 50 m2 de superficie de suelo
Sistema IntegroacutenCassettes
Vibrio cholerae
SI
La mayoriacutea como gen ubicuo dentro de una especie
Integrones ubicados en elementos moacuteviles y de relevancia cliacutenica
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX ybfA ybfB ybgA tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
attI2
intI1 aac(6acute)-Ib blaOXA-2 orfD qacEΔ1 sul1 orf5
attI1
Resistencia a szlig-lactaacutemicos 34 cassettes Resistencia a aminoglicoacutesidos 38 cassettes Resistencia a cloranfenicol 12 cassettes Resistencia a trimetoprima 13 cassettes Resistencia a estreptotricina 2 cassettes Resistencia a rifampicina 3 cassettes Resistencia a eritromicina 2 cassettes Resistencia a fluoroquinolonas 2 cassettes Resistencia a antiseacutepticos 5 cassettes
Maacutes de 130 diferentes cassettes de resistencia a antibioacuteticos
(Partridge y col 2009)
Doacutende se localizan los integrones
TRANSPOSONES
Tn21
Tn21 IRtnp
tnpA tnpR res merD merA merP merR
merE merC merT Tn21
IRmer
intI1
En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
Bacteria Fago Genes Fenotipo
Vibrio cholerae Fago CTX toxina coleacuterica Coacutelera
Escherichia coli Fago lambda toxina shigalike Siacutendrome Ureacutemico Hemoliacutetico-Diarrea
Clostridium botulinum Fago clostridial toxina botuliacutenica Botulismo
Corynebacterium diphtheriae
Fago Beta toxina difteacuterica Difteria
Streptococcus pyogenes Fago T12 toxinas
eritrogeacutenicas Escarlatina
En la bacteria lisogenizada alguacuten gen del profago puede expresarse y dar una
caracteriacutestica especial a la ceacutelula hospedadora
IV-Elementos Moacuteviles Del Genoma Bacteriano
bull Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS (IS1 IS2 IS3 etc) bull Transposones simples (familia Tn3) bull Transposones compuestos (Tn5 Tn10 etc) bull Transposones conjugativos bull Sistema Integroacutencassettes
Transposones
1er Transposoacuten identificado en el maiacutez
Transposones bacterianos
Los transposones son los
elementos maacutes abundantes
en la naturaleza
Mecanismos del ADN
Moacutevil expresioacuten de genes
sobre-expresioacuten de genes
delecioacuten de genes
disrupcioacuten de genes
modulacioacuten de la expresioacuten
duplicacioacutenacumulacioacuten de
genes
movilizacioacuten de genes
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
ADN Blanco Transposicioacuten
Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
RUTAS DE TRANSPOSICIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CROMOSOMA
Transposones simples
Tn7
FRAGMENTO DE ADN RODEADO DE DOS SECUENCIAS DE INSERCIOacuteN (ISs)
IR tnpA IR aac(3)-IIa IR tnpA IR
Transposones compuestos
IS140 IS140 Resistencia a gentamicina IS140 IS140 IS140
Transposones conjugativos
Se transfieren de una bacteria a otra y se insertan en el cromosoma Son el paradigma de las llamadas islas genoacutemicas
Islas genoacutemicas o alieniacutegenas localizadas en cromosoma o plaacutesmidos
Poseen un porcentaje G+C diferente al resto del genoma bacteriano
Isla Genoacutemica
(Hacker and Carniel 2001)
Isla de Patogenicidad de Escherichia coli enteropatoacutegena produce borrado de microvellosidades
Isla de Patogenicidad de Clostridium difficile producen la colitis
pseudomebranosa
Isla Ecoloacutegica
Isla Ecoloacutegica
Isla de Resistencia
Isla de Simbiosis
Isla de Patogenicidad
Ceacutelula bacteriana
Fitness de la Isla
Isla Genoacutemica
Isla Genoacutemica
Sistema IntegroacutenCassettes
Ingenieriacutea geneacutetica in vivo
Pc
attI
(Stokes and Hall 1989)
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Integrasas de Integroacuten
gen + sitio attC = cassette
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Sistema IntegroacutenCassettes
17 de los genomas poseen un gen de integrasa
(de un total de 1189 genomas 2010)
Pc
attI intI
2343 cassettes diferentes en 50 m2 de superficie de suelo
Sistema IntegroacutenCassettes
Vibrio cholerae
SI
La mayoriacutea como gen ubicuo dentro de una especie
Integrones ubicados en elementos moacuteviles y de relevancia cliacutenica
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX ybfA ybfB ybgA tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
attI2
intI1 aac(6acute)-Ib blaOXA-2 orfD qacEΔ1 sul1 orf5
attI1
Resistencia a szlig-lactaacutemicos 34 cassettes Resistencia a aminoglicoacutesidos 38 cassettes Resistencia a cloranfenicol 12 cassettes Resistencia a trimetoprima 13 cassettes Resistencia a estreptotricina 2 cassettes Resistencia a rifampicina 3 cassettes Resistencia a eritromicina 2 cassettes Resistencia a fluoroquinolonas 2 cassettes Resistencia a antiseacutepticos 5 cassettes
Maacutes de 130 diferentes cassettes de resistencia a antibioacuteticos
(Partridge y col 2009)
Doacutende se localizan los integrones
TRANSPOSONES
Tn21
Tn21 IRtnp
tnpA tnpR res merD merA merP merR
merE merC merT Tn21
IRmer
intI1
En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
IV-Elementos Moacuteviles Del Genoma Bacteriano
bull Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS (IS1 IS2 IS3 etc) bull Transposones simples (familia Tn3) bull Transposones compuestos (Tn5 Tn10 etc) bull Transposones conjugativos bull Sistema Integroacutencassettes
Transposones
1er Transposoacuten identificado en el maiacutez
Transposones bacterianos
Los transposones son los
elementos maacutes abundantes
en la naturaleza
Mecanismos del ADN
Moacutevil expresioacuten de genes
sobre-expresioacuten de genes
delecioacuten de genes
disrupcioacuten de genes
modulacioacuten de la expresioacuten
duplicacioacutenacumulacioacuten de
genes
movilizacioacuten de genes
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
ADN Blanco Transposicioacuten
Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
RUTAS DE TRANSPOSICIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CROMOSOMA
Transposones simples
Tn7
FRAGMENTO DE ADN RODEADO DE DOS SECUENCIAS DE INSERCIOacuteN (ISs)
IR tnpA IR aac(3)-IIa IR tnpA IR
Transposones compuestos
IS140 IS140 Resistencia a gentamicina IS140 IS140 IS140
Transposones conjugativos
Se transfieren de una bacteria a otra y se insertan en el cromosoma Son el paradigma de las llamadas islas genoacutemicas
Islas genoacutemicas o alieniacutegenas localizadas en cromosoma o plaacutesmidos
Poseen un porcentaje G+C diferente al resto del genoma bacteriano
Isla Genoacutemica
(Hacker and Carniel 2001)
Isla de Patogenicidad de Escherichia coli enteropatoacutegena produce borrado de microvellosidades
Isla de Patogenicidad de Clostridium difficile producen la colitis
pseudomebranosa
Isla Ecoloacutegica
Isla Ecoloacutegica
Isla de Resistencia
Isla de Simbiosis
Isla de Patogenicidad
Ceacutelula bacteriana
Fitness de la Isla
Isla Genoacutemica
Isla Genoacutemica
Sistema IntegroacutenCassettes
Ingenieriacutea geneacutetica in vivo
Pc
attI
(Stokes and Hall 1989)
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Integrasas de Integroacuten
gen + sitio attC = cassette
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Sistema IntegroacutenCassettes
17 de los genomas poseen un gen de integrasa
(de un total de 1189 genomas 2010)
Pc
attI intI
2343 cassettes diferentes en 50 m2 de superficie de suelo
Sistema IntegroacutenCassettes
Vibrio cholerae
SI
La mayoriacutea como gen ubicuo dentro de una especie
Integrones ubicados en elementos moacuteviles y de relevancia cliacutenica
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX ybfA ybfB ybgA tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
attI2
intI1 aac(6acute)-Ib blaOXA-2 orfD qacEΔ1 sul1 orf5
attI1
Resistencia a szlig-lactaacutemicos 34 cassettes Resistencia a aminoglicoacutesidos 38 cassettes Resistencia a cloranfenicol 12 cassettes Resistencia a trimetoprima 13 cassettes Resistencia a estreptotricina 2 cassettes Resistencia a rifampicina 3 cassettes Resistencia a eritromicina 2 cassettes Resistencia a fluoroquinolonas 2 cassettes Resistencia a antiseacutepticos 5 cassettes
Maacutes de 130 diferentes cassettes de resistencia a antibioacuteticos
(Partridge y col 2009)
Doacutende se localizan los integrones
TRANSPOSONES
Tn21
Tn21 IRtnp
tnpA tnpR res merD merA merP merR
merE merC merT Tn21
IRmer
intI1
En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
Transposones
1er Transposoacuten identificado en el maiacutez
Transposones bacterianos
Los transposones son los
elementos maacutes abundantes
en la naturaleza
Mecanismos del ADN
Moacutevil expresioacuten de genes
sobre-expresioacuten de genes
delecioacuten de genes
disrupcioacuten de genes
modulacioacuten de la expresioacuten
duplicacioacutenacumulacioacuten de
genes
movilizacioacuten de genes
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
ADN Blanco Transposicioacuten
Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
RUTAS DE TRANSPOSICIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CROMOSOMA
Transposones simples
Tn7
FRAGMENTO DE ADN RODEADO DE DOS SECUENCIAS DE INSERCIOacuteN (ISs)
IR tnpA IR aac(3)-IIa IR tnpA IR
Transposones compuestos
IS140 IS140 Resistencia a gentamicina IS140 IS140 IS140
Transposones conjugativos
Se transfieren de una bacteria a otra y se insertan en el cromosoma Son el paradigma de las llamadas islas genoacutemicas
Islas genoacutemicas o alieniacutegenas localizadas en cromosoma o plaacutesmidos
Poseen un porcentaje G+C diferente al resto del genoma bacteriano
Isla Genoacutemica
(Hacker and Carniel 2001)
Isla de Patogenicidad de Escherichia coli enteropatoacutegena produce borrado de microvellosidades
Isla de Patogenicidad de Clostridium difficile producen la colitis
pseudomebranosa
Isla Ecoloacutegica
Isla Ecoloacutegica
Isla de Resistencia
Isla de Simbiosis
Isla de Patogenicidad
Ceacutelula bacteriana
Fitness de la Isla
Isla Genoacutemica
Isla Genoacutemica
Sistema IntegroacutenCassettes
Ingenieriacutea geneacutetica in vivo
Pc
attI
(Stokes and Hall 1989)
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Integrasas de Integroacuten
gen + sitio attC = cassette
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Sistema IntegroacutenCassettes
17 de los genomas poseen un gen de integrasa
(de un total de 1189 genomas 2010)
Pc
attI intI
2343 cassettes diferentes en 50 m2 de superficie de suelo
Sistema IntegroacutenCassettes
Vibrio cholerae
SI
La mayoriacutea como gen ubicuo dentro de una especie
Integrones ubicados en elementos moacuteviles y de relevancia cliacutenica
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX ybfA ybfB ybgA tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
attI2
intI1 aac(6acute)-Ib blaOXA-2 orfD qacEΔ1 sul1 orf5
attI1
Resistencia a szlig-lactaacutemicos 34 cassettes Resistencia a aminoglicoacutesidos 38 cassettes Resistencia a cloranfenicol 12 cassettes Resistencia a trimetoprima 13 cassettes Resistencia a estreptotricina 2 cassettes Resistencia a rifampicina 3 cassettes Resistencia a eritromicina 2 cassettes Resistencia a fluoroquinolonas 2 cassettes Resistencia a antiseacutepticos 5 cassettes
Maacutes de 130 diferentes cassettes de resistencia a antibioacuteticos
(Partridge y col 2009)
Doacutende se localizan los integrones
TRANSPOSONES
Tn21
Tn21 IRtnp
tnpA tnpR res merD merA merP merR
merE merC merT Tn21
IRmer
intI1
En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
Transposones bacterianos
Los transposones son los
elementos maacutes abundantes
en la naturaleza
Mecanismos del ADN
Moacutevil expresioacuten de genes
sobre-expresioacuten de genes
delecioacuten de genes
disrupcioacuten de genes
modulacioacuten de la expresioacuten
duplicacioacutenacumulacioacuten de
genes
movilizacioacuten de genes
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
ADN Blanco Transposicioacuten
Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
RUTAS DE TRANSPOSICIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CROMOSOMA
Transposones simples
Tn7
FRAGMENTO DE ADN RODEADO DE DOS SECUENCIAS DE INSERCIOacuteN (ISs)
IR tnpA IR aac(3)-IIa IR tnpA IR
Transposones compuestos
IS140 IS140 Resistencia a gentamicina IS140 IS140 IS140
Transposones conjugativos
Se transfieren de una bacteria a otra y se insertan en el cromosoma Son el paradigma de las llamadas islas genoacutemicas
Islas genoacutemicas o alieniacutegenas localizadas en cromosoma o plaacutesmidos
Poseen un porcentaje G+C diferente al resto del genoma bacteriano
Isla Genoacutemica
(Hacker and Carniel 2001)
Isla de Patogenicidad de Escherichia coli enteropatoacutegena produce borrado de microvellosidades
Isla de Patogenicidad de Clostridium difficile producen la colitis
pseudomebranosa
Isla Ecoloacutegica
Isla Ecoloacutegica
Isla de Resistencia
Isla de Simbiosis
Isla de Patogenicidad
Ceacutelula bacteriana
Fitness de la Isla
Isla Genoacutemica
Isla Genoacutemica
Sistema IntegroacutenCassettes
Ingenieriacutea geneacutetica in vivo
Pc
attI
(Stokes and Hall 1989)
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Integrasas de Integroacuten
gen + sitio attC = cassette
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Sistema IntegroacutenCassettes
17 de los genomas poseen un gen de integrasa
(de un total de 1189 genomas 2010)
Pc
attI intI
2343 cassettes diferentes en 50 m2 de superficie de suelo
Sistema IntegroacutenCassettes
Vibrio cholerae
SI
La mayoriacutea como gen ubicuo dentro de una especie
Integrones ubicados en elementos moacuteviles y de relevancia cliacutenica
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX ybfA ybfB ybgA tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
attI2
intI1 aac(6acute)-Ib blaOXA-2 orfD qacEΔ1 sul1 orf5
attI1
Resistencia a szlig-lactaacutemicos 34 cassettes Resistencia a aminoglicoacutesidos 38 cassettes Resistencia a cloranfenicol 12 cassettes Resistencia a trimetoprima 13 cassettes Resistencia a estreptotricina 2 cassettes Resistencia a rifampicina 3 cassettes Resistencia a eritromicina 2 cassettes Resistencia a fluoroquinolonas 2 cassettes Resistencia a antiseacutepticos 5 cassettes
Maacutes de 130 diferentes cassettes de resistencia a antibioacuteticos
(Partridge y col 2009)
Doacutende se localizan los integrones
TRANSPOSONES
Tn21
Tn21 IRtnp
tnpA tnpR res merD merA merP merR
merE merC merT Tn21
IRmer
intI1
En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
Los transposones son los
elementos maacutes abundantes
en la naturaleza
Mecanismos del ADN
Moacutevil expresioacuten de genes
sobre-expresioacuten de genes
delecioacuten de genes
disrupcioacuten de genes
modulacioacuten de la expresioacuten
duplicacioacutenacumulacioacuten de
genes
movilizacioacuten de genes
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
ADN Blanco Transposicioacuten
Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
RUTAS DE TRANSPOSICIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CROMOSOMA
Transposones simples
Tn7
FRAGMENTO DE ADN RODEADO DE DOS SECUENCIAS DE INSERCIOacuteN (ISs)
IR tnpA IR aac(3)-IIa IR tnpA IR
Transposones compuestos
IS140 IS140 Resistencia a gentamicina IS140 IS140 IS140
Transposones conjugativos
Se transfieren de una bacteria a otra y se insertan en el cromosoma Son el paradigma de las llamadas islas genoacutemicas
Islas genoacutemicas o alieniacutegenas localizadas en cromosoma o plaacutesmidos
Poseen un porcentaje G+C diferente al resto del genoma bacteriano
Isla Genoacutemica
(Hacker and Carniel 2001)
Isla de Patogenicidad de Escherichia coli enteropatoacutegena produce borrado de microvellosidades
Isla de Patogenicidad de Clostridium difficile producen la colitis
pseudomebranosa
Isla Ecoloacutegica
Isla Ecoloacutegica
Isla de Resistencia
Isla de Simbiosis
Isla de Patogenicidad
Ceacutelula bacteriana
Fitness de la Isla
Isla Genoacutemica
Isla Genoacutemica
Sistema IntegroacutenCassettes
Ingenieriacutea geneacutetica in vivo
Pc
attI
(Stokes and Hall 1989)
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Integrasas de Integroacuten
gen + sitio attC = cassette
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Sistema IntegroacutenCassettes
17 de los genomas poseen un gen de integrasa
(de un total de 1189 genomas 2010)
Pc
attI intI
2343 cassettes diferentes en 50 m2 de superficie de suelo
Sistema IntegroacutenCassettes
Vibrio cholerae
SI
La mayoriacutea como gen ubicuo dentro de una especie
Integrones ubicados en elementos moacuteviles y de relevancia cliacutenica
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX ybfA ybfB ybgA tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
attI2
intI1 aac(6acute)-Ib blaOXA-2 orfD qacEΔ1 sul1 orf5
attI1
Resistencia a szlig-lactaacutemicos 34 cassettes Resistencia a aminoglicoacutesidos 38 cassettes Resistencia a cloranfenicol 12 cassettes Resistencia a trimetoprima 13 cassettes Resistencia a estreptotricina 2 cassettes Resistencia a rifampicina 3 cassettes Resistencia a eritromicina 2 cassettes Resistencia a fluoroquinolonas 2 cassettes Resistencia a antiseacutepticos 5 cassettes
Maacutes de 130 diferentes cassettes de resistencia a antibioacuteticos
(Partridge y col 2009)
Doacutende se localizan los integrones
TRANSPOSONES
Tn21
Tn21 IRtnp
tnpA tnpR res merD merA merP merR
merE merC merT Tn21
IRmer
intI1
En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
Mecanismos del ADN
Moacutevil expresioacuten de genes
sobre-expresioacuten de genes
delecioacuten de genes
disrupcioacuten de genes
modulacioacuten de la expresioacuten
duplicacioacutenacumulacioacuten de
genes
movilizacioacuten de genes
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
ADN Blanco Transposicioacuten
Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
RUTAS DE TRANSPOSICIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CROMOSOMA
Transposones simples
Tn7
FRAGMENTO DE ADN RODEADO DE DOS SECUENCIAS DE INSERCIOacuteN (ISs)
IR tnpA IR aac(3)-IIa IR tnpA IR
Transposones compuestos
IS140 IS140 Resistencia a gentamicina IS140 IS140 IS140
Transposones conjugativos
Se transfieren de una bacteria a otra y se insertan en el cromosoma Son el paradigma de las llamadas islas genoacutemicas
Islas genoacutemicas o alieniacutegenas localizadas en cromosoma o plaacutesmidos
Poseen un porcentaje G+C diferente al resto del genoma bacteriano
Isla Genoacutemica
(Hacker and Carniel 2001)
Isla de Patogenicidad de Escherichia coli enteropatoacutegena produce borrado de microvellosidades
Isla de Patogenicidad de Clostridium difficile producen la colitis
pseudomebranosa
Isla Ecoloacutegica
Isla Ecoloacutegica
Isla de Resistencia
Isla de Simbiosis
Isla de Patogenicidad
Ceacutelula bacteriana
Fitness de la Isla
Isla Genoacutemica
Isla Genoacutemica
Sistema IntegroacutenCassettes
Ingenieriacutea geneacutetica in vivo
Pc
attI
(Stokes and Hall 1989)
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Integrasas de Integroacuten
gen + sitio attC = cassette
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Sistema IntegroacutenCassettes
17 de los genomas poseen un gen de integrasa
(de un total de 1189 genomas 2010)
Pc
attI intI
2343 cassettes diferentes en 50 m2 de superficie de suelo
Sistema IntegroacutenCassettes
Vibrio cholerae
SI
La mayoriacutea como gen ubicuo dentro de una especie
Integrones ubicados en elementos moacuteviles y de relevancia cliacutenica
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX ybfA ybfB ybgA tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
attI2
intI1 aac(6acute)-Ib blaOXA-2 orfD qacEΔ1 sul1 orf5
attI1
Resistencia a szlig-lactaacutemicos 34 cassettes Resistencia a aminoglicoacutesidos 38 cassettes Resistencia a cloranfenicol 12 cassettes Resistencia a trimetoprima 13 cassettes Resistencia a estreptotricina 2 cassettes Resistencia a rifampicina 3 cassettes Resistencia a eritromicina 2 cassettes Resistencia a fluoroquinolonas 2 cassettes Resistencia a antiseacutepticos 5 cassettes
Maacutes de 130 diferentes cassettes de resistencia a antibioacuteticos
(Partridge y col 2009)
Doacutende se localizan los integrones
TRANSPOSONES
Tn21
Tn21 IRtnp
tnpA tnpR res merD merA merP merR
merE merC merT Tn21
IRmer
intI1
En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
ADN Blanco Transposicioacuten
Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
RUTAS DE TRANSPOSICIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CROMOSOMA
Transposones simples
Tn7
FRAGMENTO DE ADN RODEADO DE DOS SECUENCIAS DE INSERCIOacuteN (ISs)
IR tnpA IR aac(3)-IIa IR tnpA IR
Transposones compuestos
IS140 IS140 Resistencia a gentamicina IS140 IS140 IS140
Transposones conjugativos
Se transfieren de una bacteria a otra y se insertan en el cromosoma Son el paradigma de las llamadas islas genoacutemicas
Islas genoacutemicas o alieniacutegenas localizadas en cromosoma o plaacutesmidos
Poseen un porcentaje G+C diferente al resto del genoma bacteriano
Isla Genoacutemica
(Hacker and Carniel 2001)
Isla de Patogenicidad de Escherichia coli enteropatoacutegena produce borrado de microvellosidades
Isla de Patogenicidad de Clostridium difficile producen la colitis
pseudomebranosa
Isla Ecoloacutegica
Isla Ecoloacutegica
Isla de Resistencia
Isla de Simbiosis
Isla de Patogenicidad
Ceacutelula bacteriana
Fitness de la Isla
Isla Genoacutemica
Isla Genoacutemica
Sistema IntegroacutenCassettes
Ingenieriacutea geneacutetica in vivo
Pc
attI
(Stokes and Hall 1989)
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Integrasas de Integroacuten
gen + sitio attC = cassette
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Sistema IntegroacutenCassettes
17 de los genomas poseen un gen de integrasa
(de un total de 1189 genomas 2010)
Pc
attI intI
2343 cassettes diferentes en 50 m2 de superficie de suelo
Sistema IntegroacutenCassettes
Vibrio cholerae
SI
La mayoriacutea como gen ubicuo dentro de una especie
Integrones ubicados en elementos moacuteviles y de relevancia cliacutenica
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX ybfA ybfB ybgA tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
attI2
intI1 aac(6acute)-Ib blaOXA-2 orfD qacEΔ1 sul1 orf5
attI1
Resistencia a szlig-lactaacutemicos 34 cassettes Resistencia a aminoglicoacutesidos 38 cassettes Resistencia a cloranfenicol 12 cassettes Resistencia a trimetoprima 13 cassettes Resistencia a estreptotricina 2 cassettes Resistencia a rifampicina 3 cassettes Resistencia a eritromicina 2 cassettes Resistencia a fluoroquinolonas 2 cassettes Resistencia a antiseacutepticos 5 cassettes
Maacutes de 130 diferentes cassettes de resistencia a antibioacuteticos
(Partridge y col 2009)
Doacutende se localizan los integrones
TRANSPOSONES
Tn21
Tn21 IRtnp
tnpA tnpR res merD merA merP merR
merE merC merT Tn21
IRmer
intI1
En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
Queacute es un transposoacuten
Transposoacuten Transposoacuten
Transposoacuten
Blanco
Dador
Transposicioacuten
ADN Blanco Transposicioacuten
Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
RUTAS DE TRANSPOSICIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CROMOSOMA
Transposones simples
Tn7
FRAGMENTO DE ADN RODEADO DE DOS SECUENCIAS DE INSERCIOacuteN (ISs)
IR tnpA IR aac(3)-IIa IR tnpA IR
Transposones compuestos
IS140 IS140 Resistencia a gentamicina IS140 IS140 IS140
Transposones conjugativos
Se transfieren de una bacteria a otra y se insertan en el cromosoma Son el paradigma de las llamadas islas genoacutemicas
Islas genoacutemicas o alieniacutegenas localizadas en cromosoma o plaacutesmidos
Poseen un porcentaje G+C diferente al resto del genoma bacteriano
Isla Genoacutemica
(Hacker and Carniel 2001)
Isla de Patogenicidad de Escherichia coli enteropatoacutegena produce borrado de microvellosidades
Isla de Patogenicidad de Clostridium difficile producen la colitis
pseudomebranosa
Isla Ecoloacutegica
Isla Ecoloacutegica
Isla de Resistencia
Isla de Simbiosis
Isla de Patogenicidad
Ceacutelula bacteriana
Fitness de la Isla
Isla Genoacutemica
Isla Genoacutemica
Sistema IntegroacutenCassettes
Ingenieriacutea geneacutetica in vivo
Pc
attI
(Stokes and Hall 1989)
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Integrasas de Integroacuten
gen + sitio attC = cassette
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Sistema IntegroacutenCassettes
17 de los genomas poseen un gen de integrasa
(de un total de 1189 genomas 2010)
Pc
attI intI
2343 cassettes diferentes en 50 m2 de superficie de suelo
Sistema IntegroacutenCassettes
Vibrio cholerae
SI
La mayoriacutea como gen ubicuo dentro de una especie
Integrones ubicados en elementos moacuteviles y de relevancia cliacutenica
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX ybfA ybfB ybgA tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
attI2
intI1 aac(6acute)-Ib blaOXA-2 orfD qacEΔ1 sul1 orf5
attI1
Resistencia a szlig-lactaacutemicos 34 cassettes Resistencia a aminoglicoacutesidos 38 cassettes Resistencia a cloranfenicol 12 cassettes Resistencia a trimetoprima 13 cassettes Resistencia a estreptotricina 2 cassettes Resistencia a rifampicina 3 cassettes Resistencia a eritromicina 2 cassettes Resistencia a fluoroquinolonas 2 cassettes Resistencia a antiseacutepticos 5 cassettes
Maacutes de 130 diferentes cassettes de resistencia a antibioacuteticos
(Partridge y col 2009)
Doacutende se localizan los integrones
TRANSPOSONES
Tn21
Tn21 IRtnp
tnpA tnpR res merD merA merP merR
merE merC merT Tn21
IRmer
intI1
En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
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ADN Blanco Transposicioacuten
Secuencias de Insercioacuten o Elementos IS
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
RUTAS DE TRANSPOSICIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CROMOSOMA
Transposones simples
Tn7
FRAGMENTO DE ADN RODEADO DE DOS SECUENCIAS DE INSERCIOacuteN (ISs)
IR tnpA IR aac(3)-IIa IR tnpA IR
Transposones compuestos
IS140 IS140 Resistencia a gentamicina IS140 IS140 IS140
Transposones conjugativos
Se transfieren de una bacteria a otra y se insertan en el cromosoma Son el paradigma de las llamadas islas genoacutemicas
Islas genoacutemicas o alieniacutegenas localizadas en cromosoma o plaacutesmidos
Poseen un porcentaje G+C diferente al resto del genoma bacteriano
Isla Genoacutemica
(Hacker and Carniel 2001)
Isla de Patogenicidad de Escherichia coli enteropatoacutegena produce borrado de microvellosidades
Isla de Patogenicidad de Clostridium difficile producen la colitis
pseudomebranosa
Isla Ecoloacutegica
Isla Ecoloacutegica
Isla de Resistencia
Isla de Simbiosis
Isla de Patogenicidad
Ceacutelula bacteriana
Fitness de la Isla
Isla Genoacutemica
Isla Genoacutemica
Sistema IntegroacutenCassettes
Ingenieriacutea geneacutetica in vivo
Pc
attI
(Stokes and Hall 1989)
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Integrasas de Integroacuten
gen + sitio attC = cassette
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Sistema IntegroacutenCassettes
17 de los genomas poseen un gen de integrasa
(de un total de 1189 genomas 2010)
Pc
attI intI
2343 cassettes diferentes en 50 m2 de superficie de suelo
Sistema IntegroacutenCassettes
Vibrio cholerae
SI
La mayoriacutea como gen ubicuo dentro de una especie
Integrones ubicados en elementos moacuteviles y de relevancia cliacutenica
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX ybfA ybfB ybgA tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
attI2
intI1 aac(6acute)-Ib blaOXA-2 orfD qacEΔ1 sul1 orf5
attI1
Resistencia a szlig-lactaacutemicos 34 cassettes Resistencia a aminoglicoacutesidos 38 cassettes Resistencia a cloranfenicol 12 cassettes Resistencia a trimetoprima 13 cassettes Resistencia a estreptotricina 2 cassettes Resistencia a rifampicina 3 cassettes Resistencia a eritromicina 2 cassettes Resistencia a fluoroquinolonas 2 cassettes Resistencia a antiseacutepticos 5 cassettes
Maacutes de 130 diferentes cassettes de resistencia a antibioacuteticos
(Partridge y col 2009)
Doacutende se localizan los integrones
TRANSPOSONES
Tn21
Tn21 IRtnp
tnpA tnpR res merD merA merP merR
merE merC merT Tn21
IRmer
intI1
En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
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RUTAS DE TRANSPOSICIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CROMOSOMA
Transposones simples
Tn7
FRAGMENTO DE ADN RODEADO DE DOS SECUENCIAS DE INSERCIOacuteN (ISs)
IR tnpA IR aac(3)-IIa IR tnpA IR
Transposones compuestos
IS140 IS140 Resistencia a gentamicina IS140 IS140 IS140
Transposones conjugativos
Se transfieren de una bacteria a otra y se insertan en el cromosoma Son el paradigma de las llamadas islas genoacutemicas
Islas genoacutemicas o alieniacutegenas localizadas en cromosoma o plaacutesmidos
Poseen un porcentaje G+C diferente al resto del genoma bacteriano
Isla Genoacutemica
(Hacker and Carniel 2001)
Isla de Patogenicidad de Escherichia coli enteropatoacutegena produce borrado de microvellosidades
Isla de Patogenicidad de Clostridium difficile producen la colitis
pseudomebranosa
Isla Ecoloacutegica
Isla Ecoloacutegica
Isla de Resistencia
Isla de Simbiosis
Isla de Patogenicidad
Ceacutelula bacteriana
Fitness de la Isla
Isla Genoacutemica
Isla Genoacutemica
Sistema IntegroacutenCassettes
Ingenieriacutea geneacutetica in vivo
Pc
attI
(Stokes and Hall 1989)
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Integrasas de Integroacuten
gen + sitio attC = cassette
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Sistema IntegroacutenCassettes
17 de los genomas poseen un gen de integrasa
(de un total de 1189 genomas 2010)
Pc
attI intI
2343 cassettes diferentes en 50 m2 de superficie de suelo
Sistema IntegroacutenCassettes
Vibrio cholerae
SI
La mayoriacutea como gen ubicuo dentro de una especie
Integrones ubicados en elementos moacuteviles y de relevancia cliacutenica
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX ybfA ybfB ybgA tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
attI2
intI1 aac(6acute)-Ib blaOXA-2 orfD qacEΔ1 sul1 orf5
attI1
Resistencia a szlig-lactaacutemicos 34 cassettes Resistencia a aminoglicoacutesidos 38 cassettes Resistencia a cloranfenicol 12 cassettes Resistencia a trimetoprima 13 cassettes Resistencia a estreptotricina 2 cassettes Resistencia a rifampicina 3 cassettes Resistencia a eritromicina 2 cassettes Resistencia a fluoroquinolonas 2 cassettes Resistencia a antiseacutepticos 5 cassettes
Maacutes de 130 diferentes cassettes de resistencia a antibioacuteticos
(Partridge y col 2009)
Doacutende se localizan los integrones
TRANSPOSONES
Tn21
Tn21 IRtnp
tnpA tnpR res merD merA merP merR
merE merC merT Tn21
IRmer
intI1
En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
FRAGMENTO DE ADN RODEADO DE DOS SECUENCIAS DE INSERCIOacuteN (ISs)
IR tnpA IR aac(3)-IIa IR tnpA IR
Transposones compuestos
IS140 IS140 Resistencia a gentamicina IS140 IS140 IS140
Transposones conjugativos
Se transfieren de una bacteria a otra y se insertan en el cromosoma Son el paradigma de las llamadas islas genoacutemicas
Islas genoacutemicas o alieniacutegenas localizadas en cromosoma o plaacutesmidos
Poseen un porcentaje G+C diferente al resto del genoma bacteriano
Isla Genoacutemica
(Hacker and Carniel 2001)
Isla de Patogenicidad de Escherichia coli enteropatoacutegena produce borrado de microvellosidades
Isla de Patogenicidad de Clostridium difficile producen la colitis
pseudomebranosa
Isla Ecoloacutegica
Isla Ecoloacutegica
Isla de Resistencia
Isla de Simbiosis
Isla de Patogenicidad
Ceacutelula bacteriana
Fitness de la Isla
Isla Genoacutemica
Isla Genoacutemica
Sistema IntegroacutenCassettes
Ingenieriacutea geneacutetica in vivo
Pc
attI
(Stokes and Hall 1989)
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Integrasas de Integroacuten
gen + sitio attC = cassette
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Sistema IntegroacutenCassettes
17 de los genomas poseen un gen de integrasa
(de un total de 1189 genomas 2010)
Pc
attI intI
2343 cassettes diferentes en 50 m2 de superficie de suelo
Sistema IntegroacutenCassettes
Vibrio cholerae
SI
La mayoriacutea como gen ubicuo dentro de una especie
Integrones ubicados en elementos moacuteviles y de relevancia cliacutenica
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX ybfA ybfB ybgA tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
attI2
intI1 aac(6acute)-Ib blaOXA-2 orfD qacEΔ1 sul1 orf5
attI1
Resistencia a szlig-lactaacutemicos 34 cassettes Resistencia a aminoglicoacutesidos 38 cassettes Resistencia a cloranfenicol 12 cassettes Resistencia a trimetoprima 13 cassettes Resistencia a estreptotricina 2 cassettes Resistencia a rifampicina 3 cassettes Resistencia a eritromicina 2 cassettes Resistencia a fluoroquinolonas 2 cassettes Resistencia a antiseacutepticos 5 cassettes
Maacutes de 130 diferentes cassettes de resistencia a antibioacuteticos
(Partridge y col 2009)
Doacutende se localizan los integrones
TRANSPOSONES
Tn21
Tn21 IRtnp
tnpA tnpR res merD merA merP merR
merE merC merT Tn21
IRmer
intI1
En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
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Transposones conjugativos
Se transfieren de una bacteria a otra y se insertan en el cromosoma Son el paradigma de las llamadas islas genoacutemicas
Islas genoacutemicas o alieniacutegenas localizadas en cromosoma o plaacutesmidos
Poseen un porcentaje G+C diferente al resto del genoma bacteriano
Isla Genoacutemica
(Hacker and Carniel 2001)
Isla de Patogenicidad de Escherichia coli enteropatoacutegena produce borrado de microvellosidades
Isla de Patogenicidad de Clostridium difficile producen la colitis
pseudomebranosa
Isla Ecoloacutegica
Isla Ecoloacutegica
Isla de Resistencia
Isla de Simbiosis
Isla de Patogenicidad
Ceacutelula bacteriana
Fitness de la Isla
Isla Genoacutemica
Isla Genoacutemica
Sistema IntegroacutenCassettes
Ingenieriacutea geneacutetica in vivo
Pc
attI
(Stokes and Hall 1989)
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Integrasas de Integroacuten
gen + sitio attC = cassette
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Sistema IntegroacutenCassettes
17 de los genomas poseen un gen de integrasa
(de un total de 1189 genomas 2010)
Pc
attI intI
2343 cassettes diferentes en 50 m2 de superficie de suelo
Sistema IntegroacutenCassettes
Vibrio cholerae
SI
La mayoriacutea como gen ubicuo dentro de una especie
Integrones ubicados en elementos moacuteviles y de relevancia cliacutenica
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX ybfA ybfB ybgA tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
attI2
intI1 aac(6acute)-Ib blaOXA-2 orfD qacEΔ1 sul1 orf5
attI1
Resistencia a szlig-lactaacutemicos 34 cassettes Resistencia a aminoglicoacutesidos 38 cassettes Resistencia a cloranfenicol 12 cassettes Resistencia a trimetoprima 13 cassettes Resistencia a estreptotricina 2 cassettes Resistencia a rifampicina 3 cassettes Resistencia a eritromicina 2 cassettes Resistencia a fluoroquinolonas 2 cassettes Resistencia a antiseacutepticos 5 cassettes
Maacutes de 130 diferentes cassettes de resistencia a antibioacuteticos
(Partridge y col 2009)
Doacutende se localizan los integrones
TRANSPOSONES
Tn21
Tn21 IRtnp
tnpA tnpR res merD merA merP merR
merE merC merT Tn21
IRmer
intI1
En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
Islas genoacutemicas o alieniacutegenas localizadas en cromosoma o plaacutesmidos
Poseen un porcentaje G+C diferente al resto del genoma bacteriano
Isla Genoacutemica
(Hacker and Carniel 2001)
Isla de Patogenicidad de Escherichia coli enteropatoacutegena produce borrado de microvellosidades
Isla de Patogenicidad de Clostridium difficile producen la colitis
pseudomebranosa
Isla Ecoloacutegica
Isla Ecoloacutegica
Isla de Resistencia
Isla de Simbiosis
Isla de Patogenicidad
Ceacutelula bacteriana
Fitness de la Isla
Isla Genoacutemica
Isla Genoacutemica
Sistema IntegroacutenCassettes
Ingenieriacutea geneacutetica in vivo
Pc
attI
(Stokes and Hall 1989)
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Integrasas de Integroacuten
gen + sitio attC = cassette
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Sistema IntegroacutenCassettes
17 de los genomas poseen un gen de integrasa
(de un total de 1189 genomas 2010)
Pc
attI intI
2343 cassettes diferentes en 50 m2 de superficie de suelo
Sistema IntegroacutenCassettes
Vibrio cholerae
SI
La mayoriacutea como gen ubicuo dentro de una especie
Integrones ubicados en elementos moacuteviles y de relevancia cliacutenica
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX ybfA ybfB ybgA tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
attI2
intI1 aac(6acute)-Ib blaOXA-2 orfD qacEΔ1 sul1 orf5
attI1
Resistencia a szlig-lactaacutemicos 34 cassettes Resistencia a aminoglicoacutesidos 38 cassettes Resistencia a cloranfenicol 12 cassettes Resistencia a trimetoprima 13 cassettes Resistencia a estreptotricina 2 cassettes Resistencia a rifampicina 3 cassettes Resistencia a eritromicina 2 cassettes Resistencia a fluoroquinolonas 2 cassettes Resistencia a antiseacutepticos 5 cassettes
Maacutes de 130 diferentes cassettes de resistencia a antibioacuteticos
(Partridge y col 2009)
Doacutende se localizan los integrones
TRANSPOSONES
Tn21
Tn21 IRtnp
tnpA tnpR res merD merA merP merR
merE merC merT Tn21
IRmer
intI1
En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
Isla de Patogenicidad de Escherichia coli enteropatoacutegena produce borrado de microvellosidades
Isla de Patogenicidad de Clostridium difficile producen la colitis
pseudomebranosa
Isla Ecoloacutegica
Isla Ecoloacutegica
Isla de Resistencia
Isla de Simbiosis
Isla de Patogenicidad
Ceacutelula bacteriana
Fitness de la Isla
Isla Genoacutemica
Isla Genoacutemica
Sistema IntegroacutenCassettes
Ingenieriacutea geneacutetica in vivo
Pc
attI
(Stokes and Hall 1989)
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Integrasas de Integroacuten
gen + sitio attC = cassette
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Sistema IntegroacutenCassettes
17 de los genomas poseen un gen de integrasa
(de un total de 1189 genomas 2010)
Pc
attI intI
2343 cassettes diferentes en 50 m2 de superficie de suelo
Sistema IntegroacutenCassettes
Vibrio cholerae
SI
La mayoriacutea como gen ubicuo dentro de una especie
Integrones ubicados en elementos moacuteviles y de relevancia cliacutenica
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX ybfA ybfB ybgA tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
attI2
intI1 aac(6acute)-Ib blaOXA-2 orfD qacEΔ1 sul1 orf5
attI1
Resistencia a szlig-lactaacutemicos 34 cassettes Resistencia a aminoglicoacutesidos 38 cassettes Resistencia a cloranfenicol 12 cassettes Resistencia a trimetoprima 13 cassettes Resistencia a estreptotricina 2 cassettes Resistencia a rifampicina 3 cassettes Resistencia a eritromicina 2 cassettes Resistencia a fluoroquinolonas 2 cassettes Resistencia a antiseacutepticos 5 cassettes
Maacutes de 130 diferentes cassettes de resistencia a antibioacuteticos
(Partridge y col 2009)
Doacutende se localizan los integrones
TRANSPOSONES
Tn21
Tn21 IRtnp
tnpA tnpR res merD merA merP merR
merE merC merT Tn21
IRmer
intI1
En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
Isla de Patogenicidad de Clostridium difficile producen la colitis
pseudomebranosa
Isla Ecoloacutegica
Isla Ecoloacutegica
Isla de Resistencia
Isla de Simbiosis
Isla de Patogenicidad
Ceacutelula bacteriana
Fitness de la Isla
Isla Genoacutemica
Isla Genoacutemica
Sistema IntegroacutenCassettes
Ingenieriacutea geneacutetica in vivo
Pc
attI
(Stokes and Hall 1989)
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Integrasas de Integroacuten
gen + sitio attC = cassette
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Sistema IntegroacutenCassettes
17 de los genomas poseen un gen de integrasa
(de un total de 1189 genomas 2010)
Pc
attI intI
2343 cassettes diferentes en 50 m2 de superficie de suelo
Sistema IntegroacutenCassettes
Vibrio cholerae
SI
La mayoriacutea como gen ubicuo dentro de una especie
Integrones ubicados en elementos moacuteviles y de relevancia cliacutenica
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX ybfA ybfB ybgA tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
attI2
intI1 aac(6acute)-Ib blaOXA-2 orfD qacEΔ1 sul1 orf5
attI1
Resistencia a szlig-lactaacutemicos 34 cassettes Resistencia a aminoglicoacutesidos 38 cassettes Resistencia a cloranfenicol 12 cassettes Resistencia a trimetoprima 13 cassettes Resistencia a estreptotricina 2 cassettes Resistencia a rifampicina 3 cassettes Resistencia a eritromicina 2 cassettes Resistencia a fluoroquinolonas 2 cassettes Resistencia a antiseacutepticos 5 cassettes
Maacutes de 130 diferentes cassettes de resistencia a antibioacuteticos
(Partridge y col 2009)
Doacutende se localizan los integrones
TRANSPOSONES
Tn21
Tn21 IRtnp
tnpA tnpR res merD merA merP merR
merE merC merT Tn21
IRmer
intI1
En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
Isla Ecoloacutegica
Isla Ecoloacutegica
Isla de Resistencia
Isla de Simbiosis
Isla de Patogenicidad
Ceacutelula bacteriana
Fitness de la Isla
Isla Genoacutemica
Isla Genoacutemica
Sistema IntegroacutenCassettes
Ingenieriacutea geneacutetica in vivo
Pc
attI
(Stokes and Hall 1989)
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Integrasas de Integroacuten
gen + sitio attC = cassette
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Sistema IntegroacutenCassettes
17 de los genomas poseen un gen de integrasa
(de un total de 1189 genomas 2010)
Pc
attI intI
2343 cassettes diferentes en 50 m2 de superficie de suelo
Sistema IntegroacutenCassettes
Vibrio cholerae
SI
La mayoriacutea como gen ubicuo dentro de una especie
Integrones ubicados en elementos moacuteviles y de relevancia cliacutenica
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX ybfA ybfB ybgA tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
attI2
intI1 aac(6acute)-Ib blaOXA-2 orfD qacEΔ1 sul1 orf5
attI1
Resistencia a szlig-lactaacutemicos 34 cassettes Resistencia a aminoglicoacutesidos 38 cassettes Resistencia a cloranfenicol 12 cassettes Resistencia a trimetoprima 13 cassettes Resistencia a estreptotricina 2 cassettes Resistencia a rifampicina 3 cassettes Resistencia a eritromicina 2 cassettes Resistencia a fluoroquinolonas 2 cassettes Resistencia a antiseacutepticos 5 cassettes
Maacutes de 130 diferentes cassettes de resistencia a antibioacuteticos
(Partridge y col 2009)
Doacutende se localizan los integrones
TRANSPOSONES
Tn21
Tn21 IRtnp
tnpA tnpR res merD merA merP merR
merE merC merT Tn21
IRmer
intI1
En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
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Sistema IntegroacutenCassettes
Ingenieriacutea geneacutetica in vivo
Pc
attI
(Stokes and Hall 1989)
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Integrasas de Integroacuten
gen + sitio attC = cassette
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Sistema IntegroacutenCassettes
17 de los genomas poseen un gen de integrasa
(de un total de 1189 genomas 2010)
Pc
attI intI
2343 cassettes diferentes en 50 m2 de superficie de suelo
Sistema IntegroacutenCassettes
Vibrio cholerae
SI
La mayoriacutea como gen ubicuo dentro de una especie
Integrones ubicados en elementos moacuteviles y de relevancia cliacutenica
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX ybfA ybfB ybgA tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
attI2
intI1 aac(6acute)-Ib blaOXA-2 orfD qacEΔ1 sul1 orf5
attI1
Resistencia a szlig-lactaacutemicos 34 cassettes Resistencia a aminoglicoacutesidos 38 cassettes Resistencia a cloranfenicol 12 cassettes Resistencia a trimetoprima 13 cassettes Resistencia a estreptotricina 2 cassettes Resistencia a rifampicina 3 cassettes Resistencia a eritromicina 2 cassettes Resistencia a fluoroquinolonas 2 cassettes Resistencia a antiseacutepticos 5 cassettes
Maacutes de 130 diferentes cassettes de resistencia a antibioacuteticos
(Partridge y col 2009)
Doacutende se localizan los integrones
TRANSPOSONES
Tn21
Tn21 IRtnp
tnpA tnpR res merD merA merP merR
merE merC merT Tn21
IRmer
intI1
En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Integrasas de Integroacuten
gen + sitio attC = cassette
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Sistema IntegroacutenCassettes
17 de los genomas poseen un gen de integrasa
(de un total de 1189 genomas 2010)
Pc
attI intI
2343 cassettes diferentes en 50 m2 de superficie de suelo
Sistema IntegroacutenCassettes
Vibrio cholerae
SI
La mayoriacutea como gen ubicuo dentro de una especie
Integrones ubicados en elementos moacuteviles y de relevancia cliacutenica
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX ybfA ybfB ybgA tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
attI2
intI1 aac(6acute)-Ib blaOXA-2 orfD qacEΔ1 sul1 orf5
attI1
Resistencia a szlig-lactaacutemicos 34 cassettes Resistencia a aminoglicoacutesidos 38 cassettes Resistencia a cloranfenicol 12 cassettes Resistencia a trimetoprima 13 cassettes Resistencia a estreptotricina 2 cassettes Resistencia a rifampicina 3 cassettes Resistencia a eritromicina 2 cassettes Resistencia a fluoroquinolonas 2 cassettes Resistencia a antiseacutepticos 5 cassettes
Maacutes de 130 diferentes cassettes de resistencia a antibioacuteticos
(Partridge y col 2009)
Doacutende se localizan los integrones
TRANSPOSONES
Tn21
Tn21 IRtnp
tnpA tnpR res merD merA merP merR
merE merC merT Tn21
IRmer
intI1
En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
Sistema IntegroacutenCassettes
Pc
attI
intI
Pc
attI
intI
Sistema IntegroacutenCassettes
17 de los genomas poseen un gen de integrasa
(de un total de 1189 genomas 2010)
Pc
attI intI
2343 cassettes diferentes en 50 m2 de superficie de suelo
Sistema IntegroacutenCassettes
Vibrio cholerae
SI
La mayoriacutea como gen ubicuo dentro de una especie
Integrones ubicados en elementos moacuteviles y de relevancia cliacutenica
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX ybfA ybfB ybgA tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
attI2
intI1 aac(6acute)-Ib blaOXA-2 orfD qacEΔ1 sul1 orf5
attI1
Resistencia a szlig-lactaacutemicos 34 cassettes Resistencia a aminoglicoacutesidos 38 cassettes Resistencia a cloranfenicol 12 cassettes Resistencia a trimetoprima 13 cassettes Resistencia a estreptotricina 2 cassettes Resistencia a rifampicina 3 cassettes Resistencia a eritromicina 2 cassettes Resistencia a fluoroquinolonas 2 cassettes Resistencia a antiseacutepticos 5 cassettes
Maacutes de 130 diferentes cassettes de resistencia a antibioacuteticos
(Partridge y col 2009)
Doacutende se localizan los integrones
TRANSPOSONES
Tn21
Tn21 IRtnp
tnpA tnpR res merD merA merP merR
merE merC merT Tn21
IRmer
intI1
En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
Sistema IntegroacutenCassettes
17 de los genomas poseen un gen de integrasa
(de un total de 1189 genomas 2010)
Pc
attI intI
2343 cassettes diferentes en 50 m2 de superficie de suelo
Sistema IntegroacutenCassettes
Vibrio cholerae
SI
La mayoriacutea como gen ubicuo dentro de una especie
Integrones ubicados en elementos moacuteviles y de relevancia cliacutenica
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX ybfA ybfB ybgA tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
attI2
intI1 aac(6acute)-Ib blaOXA-2 orfD qacEΔ1 sul1 orf5
attI1
Resistencia a szlig-lactaacutemicos 34 cassettes Resistencia a aminoglicoacutesidos 38 cassettes Resistencia a cloranfenicol 12 cassettes Resistencia a trimetoprima 13 cassettes Resistencia a estreptotricina 2 cassettes Resistencia a rifampicina 3 cassettes Resistencia a eritromicina 2 cassettes Resistencia a fluoroquinolonas 2 cassettes Resistencia a antiseacutepticos 5 cassettes
Maacutes de 130 diferentes cassettes de resistencia a antibioacuteticos
(Partridge y col 2009)
Doacutende se localizan los integrones
TRANSPOSONES
Tn21
Tn21 IRtnp
tnpA tnpR res merD merA merP merR
merE merC merT Tn21
IRmer
intI1
En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
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Sistema IntegroacutenCassettes
Vibrio cholerae
SI
La mayoriacutea como gen ubicuo dentro de una especie
Integrones ubicados en elementos moacuteviles y de relevancia cliacutenica
intI2 dfrA1 sat2 aadA1 orfX ybfA ybfB ybgA tnsE tnsD tnsC tnsB tnsA
attI2
intI1 aac(6acute)-Ib blaOXA-2 orfD qacEΔ1 sul1 orf5
attI1
Resistencia a szlig-lactaacutemicos 34 cassettes Resistencia a aminoglicoacutesidos 38 cassettes Resistencia a cloranfenicol 12 cassettes Resistencia a trimetoprima 13 cassettes Resistencia a estreptotricina 2 cassettes Resistencia a rifampicina 3 cassettes Resistencia a eritromicina 2 cassettes Resistencia a fluoroquinolonas 2 cassettes Resistencia a antiseacutepticos 5 cassettes
Maacutes de 130 diferentes cassettes de resistencia a antibioacuteticos
(Partridge y col 2009)
Doacutende se localizan los integrones
TRANSPOSONES
Tn21
Tn21 IRtnp
tnpA tnpR res merD merA merP merR
merE merC merT Tn21
IRmer
intI1
En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
Resistencia a szlig-lactaacutemicos 34 cassettes Resistencia a aminoglicoacutesidos 38 cassettes Resistencia a cloranfenicol 12 cassettes Resistencia a trimetoprima 13 cassettes Resistencia a estreptotricina 2 cassettes Resistencia a rifampicina 3 cassettes Resistencia a eritromicina 2 cassettes Resistencia a fluoroquinolonas 2 cassettes Resistencia a antiseacutepticos 5 cassettes
Maacutes de 130 diferentes cassettes de resistencia a antibioacuteticos
(Partridge y col 2009)
Doacutende se localizan los integrones
TRANSPOSONES
Tn21
Tn21 IRtnp
tnpA tnpR res merD merA merP merR
merE merC merT Tn21
IRmer
intI1
En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
Doacutende se localizan los integrones
TRANSPOSONES
Tn21
Tn21 IRtnp
tnpA tnpR res merD merA merP merR
merE merC merT Tn21
IRmer
intI1
En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
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En siacutentesisldquoEl MOVILOMArdquo ELEMENTO TAMANtildeO ENZIMA CARACTERIacuteSTICAS
Islas de patogenicidad
y de resistencia
Profagos
Transposones conjugativos
Superintegrones
Transposones en mosaico
Transposones compuestos
Secuencias de Insercioacuten
Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
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Movimiento del material geneacutetico entre dos organismos Una vez incorporado se
hereda en forma vertical
ldquoTHGrdquo
TRANSFERENCIA HORIZONTAL GENEacuteTICA
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
Diversificacioacuten genoacutemica
GENOMA
ldquoElementos adquiridosrdquo
Duplicacioacuten
Transferencia Horizontal Geneacutetica
Recombinacioacuten homoacuteloga
Recombinacioacuten no-homoacuteloga
Recombinacioacuten sitio-especiacutefica
ldquoElementos perdidosrdquo
Peacuterdida de genes
El contenido genoacutemico es dinaacutemico
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
Coacutemo se detecta la THG
Arboles filogeneacuteticos
Salmonella
Sinorhizobium
aacuterbol de especies (usualmente 16S)
Brucella
Caulobacter
Escherichia
Yersinia
Salmonella
aacuterbol de genes
Brucella
Caulobacter
Sinorhizobium
Yersinia Escherichia
Se comparan aacuterboles de especies con aacuterboles de genes
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
El largo de las barras representa la cantidad de ADN codificante ADN Nativo es celeste ADN de Elementos Moacuteviles es amarillo ADN foraacuteneo no identificado como elementos moacuteviles es rosa Los nuacutemeros representan el de ADN foraacuteneo (Ochman et al 2000)
La THG al comparar varios genomas procariontes
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
(Welch et alPNAS 2002)
Total de proteiacutenas=7638 2996 (392) en los 3 genomas 911 (119) en 2 de los 3 3554 (465) en 1 de los 3
MG1655 (K-12) no patogeacutenica
CFT073 uropatoacutegena
EDL933 (O157H7) enterohemorraacutegica
Genoma ldquoflotanterdquo
Genoma ldquocorerdquo
Pangenoma
La THG al comparar linajes de una especie 2002
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
(Touchon et alPlos 2009)
20 genomas de Ecoli secuenciados poseen solo el 11 de genes en comuacuten
La THG al comparar linajes de una especie 2009
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
(Brochet M et al J Bact 2008)
Genoma de Streptococcus agalactiae en el cual se identificaron 35 Islas genoacutemicas
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
Tal vez se pueda considerar especie al conjunto de bacterias que comparten un mismo genoma baacutesico
iquestDoacutende queda el concepto de especie bacteriana
bull Pangenoma conjunto de genomas de cepas secuenciadas de una especie
bull Genoma Core conjunto de genes que pueden ser base de una taxonomiacutea
bull Genoma Flexible genes adquiridos por la transferencia horizontal de genes
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
MECANISMOS DE LA THG
bull Transformacioacuten
bull Transduccioacuten
bull Conjugacioacuten
TRANSFORMACIOacuteN
Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
Ceacutelulas L muertas por calor junto a ceacutelulas R
vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
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Bacteria
Inyeccioacuten
Resultados
Ceacutelulas L vivas
Ceacutelulas R vivas
Ceacutelulas L muertas por
calor
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vivas caacutepsula
ldquofactor de transformacioacutenrdquo
DESCUBIERTA POR GRIFFITHS EN 1928
Transformacioacuten con colonias rugosas y con colonias lisas de Streptococcus pneumoniae
En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
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aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
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En 1944 Oswald Avery MacLeod y McCarty identifican que el ADN purificado es ldquoel factor de transformacioacutenrdquo y la base quiacutemica de la herencia
El ADN de las ceacutelulas lisas de Sreptococcus pneumoniae
ldquotransformabardquo a las rugosas Puede incorporarse por
transformacioacuten ADN cormosoacutemico o plaacutesmidos
completos
TRANSFORMACIOacuteN
bull Transformantes naturales bull Bacterias Gram-positivas
bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
bull Bacterias Gram-negativas bull Neisseria gonorrhoeae Acinetobacter baumannii Moraxella
osloensis M urethans bull Psychrobacter sp Azotobacter agilis Haemophilus influenzae
H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
TRANSFORMACIOacuteN
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
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bull Streptococcus pneumoniae S sanguis B subtilis B cereus B Stearothermophilus
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H parainfluenzae Pseudomonas stutzeri
bull Transformacioacuten Artificial bull Escherichia coli Salmonella Thyphimurium Pseudomonas
aeruginosas y muchas otras
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bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
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Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
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RecA
C B
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bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull A diferencia de las otras especies el estado de competencia es continuo en esta especie
bull El ADN donado puede provenir de autolisis de una bacteria donante o a traveacutes del Sistema de Secrecioacuten de Tipo IV (SSTIV) que libera ADN al medio
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
lisis bacteriana
Liberacioacuten de ADN al medio exterior por parte de Neisseria spp A traveacutes del
SSTIV
Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
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Medio exterior
Citosol bacteriano
bull Unioacuten inespeciacutefica de todos los tipos de ADN doble cadena a la membrana externa
bull Reconocimiento de una secuencia de 10 pb (GCCGTCTGAA) llamadas DUS (por DNA uptake sequence) presentes frecuentemente en el cromosoma del geacutenero Neisseria
bull Hay 1965 copias de DUS en el genoma de la cepa FA1090 con una copia de DUS cada 1096 pb
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
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bull La incorporacioacuten del ADN luego de ser reconocido es llevada a cabo por el SSTIV
bull El ADN entra lineal doble cadena (ADNdc) y tambieacuten como ADN simple cadena (ADNsc) al citosol bacteriano
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
dcentrongmailcom
RecA
C B
D A A A A
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Neisseria gonorrhoeae
bull Una vez en el citosol
bacteriano el ADNdc puede ser digerido por las enzimas de restriccioacuten o procesado por las nucleasas RecBCD
bull El ADNsc se une a RecA quien media Recombinacioacuten Homoacuteloga con el ADN cromosomal de Neisseria gonorrhoeae
Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
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Neisseria gonorrhoeae
bull La tasa de transformacioacuten es tan alta que la estructura poblacional es panmiacutectica bull El alto grado de recombinacioacuten es necesario para generar diversidad antigeacutenica en su nicho ecoloacutegico el ser humano
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
(Hamilton HL et al Mol Microb 2006)
Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
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discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
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Etapas de la TRANSFORMACIOacuteN en Streptococcus pneumoniae
(Claverys et al 2007)
S pneumoniae no solo toma el ADNdc libre del medio exterior sino que ademaacutes comete ldquofraticidiordquo evento que consiste en lisar a las bacterias de S pneumoniae que no se hallan en estado de competencia para luego captar su ADN
(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
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(Science 1994264388-393)
PBP 1A2X
PBP 1A2X2B2A )
PBP 1A2X2B
S pneumoniae = Streptococcus
PBP 2B
Streptococcus pneumoniae
bull Estructura en mosaico del gen de la PBP2b de aislamientos resistentes a penicilina
FENOTIPOS TRANSFORMACIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Identificada en 1946 por Lederberg y
Tatum
CONJUGACIOacuteN
Mecanismos
bull A traveacutes de los Sistema de Secrecioacuten Tipo IV bull Plaacutesmidos de respuesta a las feromonas
CONJUGACIOacuteN
CONJUGACIOacuteN
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
PLAacuteSMIDOS CONJUGATIVOS DE RELEVANCIA
Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
TRANSDUCCIOacuteN
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
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bull Siacutentesis del pili
bull Ensamblado del pili
el cual tiene como
funcioacuten acercar a las
dos ceacutelulas
bull El pili puede
reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
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bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
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Identificada en 1951 por Lederberg y
Zinder
trabajando en un modelo de
Salmonella spp
TRANSDUCCIOacuteN
Bacterioacutefago T4 infectando a Escherichia coli
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TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
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Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
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Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
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sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
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discontinua de la cadena
complementaria
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y produce la lisis bacteriana
Fago normal
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ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
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Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
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Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
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receptores en la
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bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
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bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
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y produce la lisis bacteriana
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y produce la lisis bacteriana
Fago normal
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ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
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Genoma ldquoexoacutegenordquo
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Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
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Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
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el cual tiene como
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reconocer diferentes
receptores en la
ceacutelula receptora
bull Transferencia de una
sola cadena de ADN
la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
continua de la cadena de ADN
complementaria en la ceacutelula donante
bull El ADN pasa por un SSTIV
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bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
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y produce la lisis bacteriana
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Fago normal
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Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
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ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
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la cual va del extremo 5acute
y es acompantildeada por la siacutentesis
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bull El ADN pasa por un SSTIV
Etapas de la CONJUGACIOacuteN
bull Mientras tanto en la ceacutelula
receptora el ADN simple
cadena transferido sirve como
templado para la siacutentesis
discontinua de la cadena
complementaria
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y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
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y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
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Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
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Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
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y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
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ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
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ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
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Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
MUCHAS GRACIAS GRACIAS
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TRANSDUCCIOacuteN El fago se replica
y produce la lisis bacteriana
Fago normal
Fago transductante (contiene ADN de la ceacutelula hueacutesped)
Transduccioacuten
Ceacutelula bacteriana transducida
Recombinacioacuten homoacuteloga
FENOTIPOS TRANSDUCCIOacuteN DEPENDIENTES DE RELEVANCIA
Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
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Resistencia a la meticilina en S aureus
Dinaacutemica intercelular Entre una bacteria y
Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
ADN libre plaacutesmidos u otra bacteria por transformacioacuten
Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
Etapas de la THG
Replicacioacuten y mantenimiento
del plaacutesmido transferido
Dinaacutemica intracelular dentro de una ceacutelula bacteriana gracias a procesos moleculares
Eventos de recombinacioacuten homoacuteloga
y no-homoacuteloga
Movilizacioacuten de transposones secuencias de insercioacuten
y cassettes
ldquoFijacioacutenrdquo del ADN incorporado
Etapas de la THG
Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
Etapas de la THG
EJEMPLO DE LA THG Y EL PROCESO DE PATO-ADAPTACIOacuteN
ldquoNo es la maacutes fuerte de las especies la que sobrevive ni tampoco la maacutes inteligente sino aquella que responde maacutes raacutepido al cambiordquo
Charles Darwin
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Plaacutesmidos e islas genoacutemicas por conjugacioacuten
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Bacterioacutefagos por transduccioacuten
Genoma ldquoexoacutegenordquo
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Dinaacutemica poblacional seleccioacuten del ADN ldquoexoacutegeno accesorio o flotanterdquo que pudo ser ldquofijadordquo
ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
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y cassettes
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ldquoHerencia verticalrdquo del ADN fijado
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