02/08/2021
La transferencia horizontal de genes (THG) es un proceso fundamental en la evolución bacteriana, permitiendo la rápida adquisición de nuevos rasgos genéticos que impactan en la adaptación, patogenicidad y resistencia a antibióticos. A diferencia de la transferencia vertical, donde los genes se heredan de una generación a la siguiente, la THG implica la transferencia de material genético entre organismos que no están directamente relacionados, como bacterias de diferentes especies o incluso géneros. Este proceso se realiza principalmente a través de tres mecanismos: transformación, transducción y conjugación.
Transformación: Captación de ADN libre del ambiente
La transformación es un mecanismo de THG en el cual las bacterias captan fragmentos de ADN libre presentes en su entorno. Este ADN puede provenir de bacterias lisadas, es decir, bacterias que han muerto y liberado su contenido genético al medio. Para que la transformación sea exitosa, la bacteria receptora debe encontrarse en un estado de competencia, lo que significa que debe ser capaz de tomar el ADN exógeno. Este estado de competencia puede ser inducido por factores ambientales, como la densidad celular o la presencia de nutrientes limitantes. Una vez que el ADN exógeno ha sido captado, puede integrarse en el genoma bacteriano a través de recombinación homóloga, reemplazando una secuencia similar en el cromosoma bacteriano o integrandose en un sitio diferente mediante recombinación no homóloga.
La transformación juega un papel crucial en la diseminación de genes de resistencia a antibióticos y otros factores de virulencia. Bacterias como Streptococcus pneumoniae, Haemophilus influenzae y Bacillus subtilis son conocidas por su capacidad de transformarse naturalmente. La eficiencia de este proceso puede variar significativamente dependiendo de la especie bacteriana y de las condiciones ambientales.
Factores que influyen en la transformación:
- Competencia bacteriana: La capacidad de una bacteria para captar ADN exógeno.
- Concentración de ADN: La cantidad de ADN disponible en el entorno.
- Estado fisiológico de la bacteria: El estado de crecimiento y la fase del ciclo celular influyen en la capacidad de transformación.
- Condiciones ambientales: Factores como la temperatura, el pH y la presencia de iones afectan la eficiencia de la transformación.
Transducción: Transferencia de genes mediada por bacteriófagos
La transducción es un mecanismo de THG en el que los genes se transfieren de una bacteria a otra mediante bacteriófagos, virus que infectan bacterias. Existen dos tipos principales de transducción: la transducción generalizada y la transducción especializada.
Transducción generalizada: En este tipo de transducción, el bacteriófago puede encapsular cualquier fragmento del ADN bacteriano durante el ciclo lítico. Cuando este bacteriófago infecta una nueva bacteria, el ADN bacteriano encapsulado puede integrarse en el genoma de la bacteria receptora a través de recombinación homóloga. Este proceso es aleatorio, pudiendo transferir cualquier gen del genoma del donante.
Transducción especializada: En la transducción especializada, solo se transfieren genes específicos que se encuentran adyacentes al sitio de integración del profago (el ADN del bacteriófago integrado en el genoma bacteriano) en el genoma del donante. Este tipo de transducción ocurre durante el ciclo lisogénico, donde el ADN del bacteriófago se integra en el genoma bacteriano. Durante la transición al ciclo lítico, el profago puede llevar consigo genes adyacentes al sitio de integración.
La transducción juega un papel importante en la diseminación de genes de virulencia y resistencia a antibióticos en bacterias. Bacteriófagos específicos pueden mediar la transferencia de genes específicos relacionados con la patogenicidad o la resistencia a los antibióticos.
Comparación entre Transducción Generalizada y Especializada
| Característica | Transducción Generalizada | Transducción Especializada |
|---|---|---|
| Fragmento de ADN transferido | Cualquier fragmento del genoma | Genes específicos adyacentes al sitio de integración del profago |
| Ciclo del fagos | Lítico | Lisogénico y lítico |
| Frecuencia de transferencia | Baja | Alta para genes específicos |
Conjugación: Transferencia de genes a través de un pilus sexual
La conjugación es el mecanismo más eficiente y común de THG en bacterias. Se caracteriza por la transferencia directa de ADN de una bacteria donante a una bacteria receptora a través de un pilus sexual, una estructura proteica que conecta ambas células. La conjugación requiere el contacto físico entre las dos bacterias. La bacteria donante porta un plásmido conjugativo, un plásmido que contiene genes que codifican la formación del pilus sexual y los mecanismos necesarios para la transferencia de ADN. El plásmido conjugativo más estudiado es el plásmido F de Escherichia coli.
Durante la conjugación, una copia del plásmido conjugativo se replica y se transfiere a la bacteria receptora a través del pilus sexual. Una vez que la copia del plásmido ha sido transferida, la bacteria receptora se convierte en una bacteria donante, capaz de transferir el plásmido a otras bacterias. Este proceso puede contribuir a la rápida propagación de genes de resistencia a antibióticos y otros factores de virulencia en una población bacteriana.
Además de los plásmidos conjugativos, la conjugación también puede transferir otros tipos de ADN, como transposones o incluso porciones del cromosoma bacteriano. En este caso, la transferencia de material genético cromosómico puede ocurrir a través de la movilización de genes cromosómicos por plásmidos conjugativos.
Características de la Conjugación:
- Contacto célula-célula: Requiere contacto físico entre las bacterias.
- Plásmido conjugativo: Presencia de un plásmido con genes necesarios para la transferencia.
- Pilus sexual: Estructura proteica que facilita la transferencia del ADN.
- Transferencia eficiente: Alta eficiencia de transferencia de material genético.
Importancia de la Transferencia Horizontal de Genes en la Evolución Bacteriana
La THG juega un papel crucial en la evolución bacteriana, permitiendo la adaptación rápida a cambios ambientales y la adquisición de nuevas funciones. Es un factor importante en la aparición de bacterias patógenas y multirresistentes a antibióticos. La comprensión de los mecanismos de THG es fundamental para el desarrollo de estrategias para combatir las infecciones bacterianas y prevenir la propagación de la resistencia a los antibióticos.
La THG no se limita a las bacterias; también se observa en arqueas y eucariotas, aunque los mecanismos son diferentes. La continua investigación en este campo es fundamental para comprender la evolución de los microorganismos y desarrollar nuevas estrategias para controlar las enfermedades infecciosas.