En biología, un casete genético es un tipo de elemento genético móvil que contiene un gen y un sitio de recombinación . Cada casete suele contener un solo gen y suele ser muy pequeño, del orden de 500 a 1000 pares de bases . Pueden existir incorporados en un integrón o libremente como ADN circular. [1] Los casetes genéticos pueden moverse dentro del genoma de un organismo o transferirse a otro organismo en el entorno mediante transferencia horizontal de genes . Estos casetes suelen llevar genes de resistencia a los antibióticos . Un ejemplo sería el casete kanMX , que confiere resistencia a la kanamicina (un antibiótico ) a las bacterias .
Los integrones son estructuras genéticas en bacterias que expresan y son capaces de adquirir e intercambiar casetes de genes. El integrón consta de un promotor , un sitio de unión y un gen de integrasa que codifica una recombinasa específica del sitio [2] . Hay tres clases de integrones descritos. [1] Las unidades móviles que se insertan en los integrones son casetes de genes. [2] Para los casetes que llevan un solo gen sin un promotor, la serie completa de casetes se transcribe desde un promotor adyacente dentro del integrón. [3] Se especula que los casetes de genes se insertan y se escinden a través de un intermediario circular. [4] Esto implicaría la recombinación entre secuencias cortas que se encuentran en sus extremos y se conocen como elementos de 59 bases (59-be), que pueden no tener 59 bases de longitud. Los 59-be son una familia diversa de secuencias que funcionan como sitios de reconocimiento para la integrasa específica del sitio (enzima responsable de integrar el casete de genes en un integrón) que se producen aguas abajo de la secuencia codificante del gen. [5]
La capacidad de los elementos genéticos, como los casetes de genes, de escindirse e insertarse en los genomas da como resultado la aparición de regiones genéticas muy similares en organismos distantemente relacionados. Las tres clases de integrones son similares en estructura y se identifican por el lugar donde se producen las inserciones y los sistemas con los que coinciden. Los integrones de clase 1 se observan en un grupo diverso de genomas bacterianos y es probable que todos desciendan de un ancestro común. La prevalencia del integrón ha dado forma a la evolución bacteriana al permitir la transferencia rápida de genes que son nuevos para un organismo, como los genes de resistencia a los antibióticos. [6]
En ingeniería genética , un casete genético es un fragmento manipulable de ADN que contiene y es capaz de expresar uno o más genes de interés entre uno o más conjuntos de sitios de restricción . Se puede transferir de una secuencia de ADN (normalmente en un vector ) a otra "cortando" el fragmento con enzimas de restricción y "pegándolo" de nuevo en el nuevo contexto. Los vectores que contienen el gen de interés suelen contener también un gen de resistencia a los antibióticos denominado marcador seleccionable para identificar fácilmente las células que han integrado con éxito el vector en su genoma.
Para introducir un vector en una célula diana, se debe inferir un estado de competencia en la célula. Este estado se induce en el laboratorio incubando las células con cloruro de calcio antes de un breve choque térmico, o mediante electroporación . Esto hace que las células sean más susceptibles al plásmido que se está insertando. Una vez añadido el plásmido, las células se cultivan en presencia de un antibiótico para confirmar la captación y expresión de los nuevos elementos genéticos.
El uso de sistemas CRISPR/Cas9 ha demostrado ser exitoso en la inserción de genes en genomas eucariotas. [7] Si bien la modificación CRISPR aún está en sus inicios, hay evidencia significativa de su uso en combinación con otras técnicas para producir sistemas de edición genómica de alto rendimiento (HTP). [8] La ingeniería genética de bacterias para la producción de una variedad de productos industriales, incluidos biocombustibles y productos químicos/nutracéuticos especiales, es un área importante de investigación. [9]
La transferencia horizontal de genes (HGT) es la transferencia de elementos genéticos entre células que no sean la herencia parental. La HGT es responsable de gran parte de la propagación de la resistencia a los antibióticos entre las bacterias. [10] Los casetes de genes que contienen genes de resistencia a los antibióticos u otros factores de virulencia como las exotoxinas, se pueden transferir de una célula a otra a través de fagos, transducción , absorción del medio ambiente, transformación [ 11] o por conjugación bacteriana. [12] La capacidad de transferir casetes de genes entre organismos ha desempeñado un papel importante en la evolución de los procariotas. Muchos organismos comensales, como E. coli , albergan regularmente uno o más casetes de genes que transmiten resistencia a los antibióticos. [13] La transferencia horizontal de elementos genéticos de comensales no patógenos a especies no relacionadas da como resultado patógenos altamente virulentos que pueden portar múltiples genes de resistencia a los antibióticos. La creciente prevalencia de la resistencia crea preguntas desafiantes para investigadores y médicos.