Transposones

Los transposones son fragmentos de ADN incorporados en el ADN cromosómico. A diferencia de los episomas y profagos, los transposones contienen un gen que produce una enzima que cataliza la inserción del transposón a un nuevo sitio.  También tienen secuencias repetidas de cerca de 20-40 nucleótidos de largo pegadas a cada extremo. Las secuencias de inserción son cortas (60 a 1.500 pares de bases de longitud).  Los transposones simples no tienen más genes que los necesarios para la transposición.  Los transposones complejos son muchos mas largos y pueden llevar genes adicionales.  Los genes incorporados en los transposones complejos se conocen como "genes saltarines" dado que pueden moverse a lo largo del cromosoma y también de cromosoma en cromosoma.

Retrovirus

Los retrovirus, como el  Virus de la Inmunodeficiencia Humana (VIH), poseen una enzima: la transcriptasa reversa amén del ARN viral . La transcriptasa reversa fabrica ADN de una sola cadena, copiando el ARN viral .  El ADN viral monocatenario se transforma luego en bicatenario, se inserta en al ADN nuclear, y es procesado por la maquinaria celular que sintetiza sus partes y finalmente emerge.

La transducción

La transducción es el fenómeno por el cual una porción del ADN del huésped es transferido de una célula a otra por un virus 

Algunos bacteriófagos son "temperados" o atenuados dado que tienden a ser lisogénicos mas que lítico Estos tipos de virus estos virus son capaces de transducir fragmentos de ADN.

Virus

A diferencia de los restantes reinos son organismos acelulares, no metabolizan energía. Los Virus consisten en un ácido nucleico (ADN o ARN) envueltos en una cubierta de proteína (conocida como cápsido). 

El cápsido puede ser una sola proteína que se repite una y otra vez, como en el virus del mosaico del tabaco (del inglés: TMV), también puede estar formado por varias proteínas, como en los bacteriófagos de la serie T. Fuera de la célula huésped, los virus se encuentran como viriones.

No surgen de virus preexistentes, son parásitos intracelulares estrictos, se desarrollan y reproducen solamente dentro de las células huésped, a las cuales destruyen en este proceso.

Una vez que los virus inyectados su ac. nucleico (ADN o ARN) a la célula huésped pueden suceder dos tipos de ciclos reproductivos: líticos o lisogénicos.

El ciclo lítico ocurre cuando el material genético del virus (virus virulento) penetra (a,b) en la célula huésped y comienza a fabricar nuevos virus (c,d). Para ello, 1º transcribe genes tempranos que estimulan la replicación del genoma viral. Luego, genes tardíos codifican la síntesis de proteínas para empaquetar el cápside  y lisar la célula huésped. Eventualmente los nuevos virus causan la ruptura o lisis (e) de la célula y continúan el ciclo infeccioso (f) .

Ciclo Lítico

El ciclo lisogénico ocurre cuando el ADN viral es incorporado al ADN del huésped (a,b,c) como profago, como parte de genoma bacteriano el profago permanece quieto dentro de la bacteria y cuando la célula huésped se divide, se duplica como si fuera ADN del huésped (d,e). Algunas veces el profago emerge del cromosoma de la célula huésped y entra en el ciclo lítico espontáneamente (aprox. 1/10.000 divisiones). La luz ultravioleta y los rayos X también pueden producir este fenómeno

LISOGENIA

Operones reprimibles

Cuando un producto del metabolismo, el triptofano por ejemplo, está en cantidades suficientes la bacteria puede dejar de fabricar las enzimas que los sintetizan.

 En este sistema, el producto funciona como correpresor uniéndose al represor y de este modo detiene la síntesis proteica.

Esquema de un operón reprimible

Operones inducibles

Cuando no hay lactosa en el medio, la proteína represora se encuentra unida al operador impidiendo la transcripción de los genes para las enzimas que metabolizan la lactosa.

 Cuando hay lactosa en el medio (intestinos de un mamífero durante la lactancia), ésta  funciona como inductor, se une al represor  cambiando su forma lo que evita que se pueda unir al operador, de este modo la polimerasa puede transcribir los genes correspondientes.

Este operón lac solo se activa cuando hay lactosa en el medio.

Esquema de un operón inducible

El modelo operón

El ADN procariota se organiza en paquetes coherentes denominados OPERONES, en los cuales se encuentran los genes para funciones interrelacionadas. El modelo operón de la regulación de los genes procariotas fue propuesto en 1961 porFrancois Jacob y Jacques Monod.

 El fenómeno que inspiró la idea fue el de la inducción enzimática. La transcripción se detiene colocando un obstáculo entre el promotor y los genes estructurales; ese obstáculo es el operador (una secuencia corta de ADN). 

Un operón consiste en: 

	un operador: controla el acceso de la ARN polimerasa al promotor
	un promotor: donde la ARN polimerasa reconoce el sitio de inicio de la transcripción
	un gen regulador: controla el tiempo y velocidad de transcripción de otros genes
	un gen estructural: codifican las enzimas relacionadas o las proteínas estructurales

El gen regulador codifica para una proteína que se pega al operador, obstruyendo al promotor (y por lo tanto a la transcripción), del gen estructural. El regulador no tiene que estar adyacente a los otros genes en el operón. Cuando se remueve la proteína represora, puede producirse la transcripción. El operador y el  promotor son sitios de unión sobre el ADN y no se trasncriben.

Los operones son inducibles o reprimibles, de acuerdo al mecanismo de control. En Escherichia coli se identificaron setenta y cinco operones diferentes que controlan 250 genes estructurales. Tanto la represión como la inducción son ejemplos de control negativo, dado que la proteína represora detiene (" turn off ") la transcripción. 

La lactosa, el azúcar de la leche, es hidrolizada por la enzima beta-galactosidasa. Esta enzima es inducible: solo se produce en grandes cantidades cuando la lactosa, el sustrato sobre el cual opera, esta presente. En cambio, las enzimas para la síntesis del aminoácido triptófano se producen continuamente a menos que el triptófano este presente en el medio de cultivo, se dice en este caso que las enzimas sintetizadoras de triptófano están reprimidas.

Tipos de Plásmidos

Existen varios tipos de plásmidos, clasificados de acuerdo al tipo de genes que transportan:

F ("factor sexual") : en Escherichia coli el plásmido F contiene 25 genes, algunos de los cuales controlan la producción de los pilis , "tubos" que se extienden desde la superficie de las células bacterianas "machos"( F+), a la de las células bacterianas hembras ( F-).

Se denomina episoma a un plásmido incorporado al cromosoma bacteriano. Los plásmidos se replican en manera similar al cromosoma bacteriano.

El plásmido R confiere, a las células que lo poseen, resistencia a los antibióticos o drogas. Un plásmido R puede llegar a tener hasta 10 genes que confieren resistencia y pueden transferirse a otra bacteria de la misma especie, a virus e inclusive, a bacterias de diferentes especies.  La resistencia a los antibióticos ha sido encontrada en gérmenes patógenos causantes de enfermedades tales como: tifoidea, meningitis, gonorrea y otras. Actúan proporcionando la información necesaria para destruir el antibiótico o para circunvalar el bloqueo que produce el antibiótico en la vía metabólica bacteriana. En el caso de una infección viral, el uso indebido o innecesario de antibióticos matará a la población bacteriana normal, quedando (o seleccionando) las que tengan el factor R; éstas pueden reproducirse aún en presencia del antibiótico. La próxima vez que tenga una infección bacteriana, las bacterias con factores R estarán listas para transferir su factor a la nueva bacteria invasoras, que se harán resistentes a los antibióticos.

Plásmidos

Los plásmidos son fragmentos extracromosómicos de ácidos nucléicos (ADN o ARN) que aparecen en el citoplasma de algunos procariotas. Son de tamaño variable aunque menor que el cromosoma principal. Cada bacteria puede tener uno o varios a la vez. Los plásmidos tienen una conformación variable que puede ser lineal, circular o con estructura superenrrollada. 

El control de la replicación del plásmido depende del tipo de plásmido, existiendo plásmidos cuya replicación está acoplada con la replicación del cromosoma bacteriano y plásmidos cuya replicación no está relacionada con la del cromosoma. El tipo de genes que portan los plásmidos es variado, tratándose generalmente de genes que aportan ventajas adaptativas a la bacteria que los porta: genes de resistencia a antibióticos, genes de producción de sustancias tóxicas para otras bacterias o genes que codifican enzimas útiles para degradar sustancias químicas.

Los plásmidos se pueden clasificar siguiendo distintos criterios. Uno de estos criterios es el tipo de genes que portan. Así se define el grupo de plásmidos con genes de degradación de sustancias, el grupo de plásmidos con genes de fertilidad, el que porta genes de virulencia o el grupo que porta genes de resistencia. 

Los plásmidos son herramientas muy útiles en ingeniería genética para la transformación génica y la manipulación genética de procariotas y eucariotas. Los plásmidos empleados en ingeniería genética se llaman vectores. Son muy útiles para sintetizar en grandes cantidades proteínas de interés, como la insulina o los antibióticos, mediante un procedimiento conocido como transformación. El proceso de transformación comienza con la selección de un plásmido adecuado, en el que se introducen los genes que se quieren expresar con protocolos específicos que usan enzimas de restricción y DNA ligasa.

 Posteriormente se transforma un tipo de bacteria con el plásmido modificado y se seleccionan las bacterias transformadas que produzcan las sustancias deseadas. Estas bacterias se cultivan en sistemas de tipo biorreactores para su crecimiento en grandes cantidades. En este proceso se eligen plásmidos con características que permitan seleccionar las bacterias transformadas en un medio de cultivo como por ejemplo plásmidos con genes de resistencia a antibióticos o con genes de enzimas que sinteticen compuestos coloreados. 

Aunque los plásmidos no pueden sintetizar una envoltura proteica y se transfieren con dificultad de una célula a otra se ha hipotetizado que podrían ser los precursores de los primeros virus. 

Recombinación en procariotas

A pesar de ser haploides y reproducirse asexualmente por fisión binaria originando colonias de clones (organismos genéticamente idénticos), las bacterias tienen diversas formas de recombinar sus genes. 

En los eucariotas la recombinación se produce entre los dos padres, en los procariontes es el resultado de de la interacción del genoma de una célula con una muestra mas pequeña de genes provenientes de otra célula. Entre los mecanismos que facilitan esta recombinación encontramos:

	CONJUGACIÓN: es la transferencia directa de material genético, promovida por un plásmido, desde una célula donadora a otra receptora, por medio de contactos íntimos entre ambas (puentes de unión o pili). Una bacteria (receptora) recibe material genético de otra célula donante, este material se incorpora a la célula receptora. Una vez que el fragmento de ADN de la donante está dentro de la célula receptora es posible la recombinación: de la misma manera que los cromosomas se aparean, gen por  gen en la profase meiótica, el ADN de la donante se alinea con el de la receptora y por entrecruzamiento se intercambian genes, pasando a formar parte del genoma. Una variante de la conjugación es la SEXDUCCIÓN: en ella, un trozo definido de material genético de la donadora es transferido como parte de un plásmido conjugativo.
	Transformación: cuando células mueren, su ADN sale al medio y es capturado por otras bacterias que lo incorporan a su propio genoma. Recuerde el factor de transformación de los pneumococos de la neumonía.
	Transducción: los bacteriófagos pueden llevar en sus cápsides fragmentos del ADN de la bacteria huésped, que luego incorporarán a otra bacteria.

El cromosoma de Escherichia coli

El cromosoma de la bacteria intestinal Escherichia coli es único, circular y contiene cerca de 4.7 millones de pares de bases. Tiene cerca de 1 mm de longitud pero solo 2 nm de ancho. El cromosoma se replica produciendo una figura que asemeja a la letra griega theta.

El promotor es la parte del ADN en donde se pega la ARN polimerasa antes de abrir el segmento de ADN a ser transcripto.

Un segmento del ADN que codifica para un polipéptido específico se conoce como un gen estructural. Escherichia colipuede sintetizar 1.700 enzimas, por lo tanto esta pequeña bacteria tiene genes para 1.700 mARN.

Genética de procariotas

El sistema genético de los procariotas en mucho más sencillo de estudiar que el de los eucariotas y condujo a conclusiones fundamentales proveyendo las actuales herramientas de la "ingeniería genética". 

Los procariotas como Escherischia coli y los virus que los infectan fueron y siguen constituyendo una herramienta fundamental para el estudio de la estructura y transmisión de los genes. 

Entre las ventajas de trabajar con estos organismos encontramos:

	Menor tamaño y mayor número de organismos por área de cultivo
	Mayor velocidad de reproducción: Escherischia coli duplica su población en 20´, todos los descendientes son clones de la célula original.
	son haploides, por lo que cualquier cambio o mutación se expresa inmediatamente.