La capacidad de una célula para incorporar con éxito ADN exógeno , o competencia, está determinada por factores de competencia . Estos factores consisten en ciertas proteínas de la superficie celular y factores de transcripción que inducen la captación de ADN . [1]
La competencia natural es la capacidad de una célula de unirse y transportar ADN extracelular a través de la membrana y recombinar genes extraños en su propio ADN a través de un proceso llamado transformación . [2] La transferencia horizontal de genes es un resultado de esto, donde los genes bacterianos pueden transferirse entre especies de la misma generación en un entorno determinado, y la competencia es la capacidad de una célula de participar en la transferencia. Si una célula en una población que vive en un entorno desfavorable tiene una mutación que da como resultado una mejor capacidad de supervivencia, ese gen puede transmitirse a otras células competentes para extender la misma ventaja. Los plásmidos , comúnmente utilizados en la manipulación genética, también pueden compartirse a través de la transferencia horizontal de genes, lo que es especialmente relevante en la medicina moderna en lo que respecta al intercambio de plásmidos resistentes a los antibióticos. [3]
La competencia de una célula puede ser determinada por su genética, como es el caso de la competencia natural, o puede ser manipulada para lograr una competencia artificial.
Existen dos tipos de feromonas inductoras de competencia : ComX y CSF. ComX es un oligopéptido de diez aminoácidos ; requiere dos cocomponentes, ComP, una histidina quinasa, y ComA, un regulador de la respuesta citoplasmática. ComX se une a ComP en el exterior de la membrana interna; ComP se autofosforila y el grupo fosfórico se transfiere a ComA. Esto activa la transcripción de genes en la vía de competencia. CSF es un oligopéptido de cinco aminoácidos y se exporta a través de la vía GSP. CSF ingresa a la célula a través del permeado de oligopéptidos y estimula la vía de competencia a bajas concentraciones (1-5 nM); a altas concentraciones (>20 nM) se inhibe la competencia y se estimula la esporulación. [2]
Se dice que la mayoría de las bacterias que se encuentran en la naturaleza son naturalmente competentes , lo que significa que están genéticamente predispuestas a poder absorber ADN extraño.
En un entorno de laboratorio, las células a menudo se ven obligadas a un estado de competencia artificial o inducida, en un intento de recrear las condiciones del entorno natural de un microbio. [4] La competencia forzada en las bacterias se puede hacer de dos maneras: un método es un proceso llamado quimiocompetencia. [4] En el laboratorio, las células se preparan con soluciones de cloruro de calcio heladas y se vuelven químicamente competentes. Cuando estas células se someten a un choque térmico (por ejemplo, 30 segundos a 42 grados Celsius), pueden absorber ADN de cadena simple o doble y pueden incorporarlo a su genoma, o el ADN puede existir como un plásmido dentro de la célula. El otro método para inducir la competencia bacteriana es un proceso llamado electrocompetencia, [4] y esto se hace preparando células con un tampón de baja fuerza iónica. Luego, estas células se tratan con una descarga eléctrica para hacerlas más permeables, y esto les permite absorber ADN de cadena simple o doble e incorporarlo a su genoma o hacer que el ADN exista como un plásmido dentro de la célula.
Streptococcus pneumoniae obtiene su competencia a través del péptido inductor péptido estimulante de la competencia (CSP). [5] Como residente en la nasofaringe ,la capacidad de S. pneumoniae de captar plásmidos resistentes a los antibióticos puede causar infecciones peligrosas. [6] S. pneumoniae excreta pequeñas moléculas solubles llamadas autoinductores que contienen la capacidad de expresar competencia genética en otras células. Los autoinductores se utilizan como un tipo de detección de quórum, que "detectará" la población de células en el área circundante. [5]
Campylobacter jejuni no es competente hasta que la célula confirma que el material genético exógeno es ADN de Campylobacter jejuni . [7] Circunstancias similares ocurren también para Bacillus subtilis , e incluso entonces la competencia se desarrolla sólo en ciertos medios. [8]
Las especies de Pasteurellaceae y Neisseriaceae tienden a seleccionar genes de parientes cercanos. [9]
Todos los componentes celulares que participan en la detección de factores extracelulares afectan al operón srfA . La expresión de srfA evitará la necesidad de transcripción de ADN solo para los genes aguas arriba. [1] Esto significa que la transcripción no es exclusiva de la dirección del ADN que seguiría normalmente, lo que permite que el ADN exógeno se transcriba en el genoma. srfA está acoplado a un marco de lectura abierto , comS . Cuando se expresa este marco de lectura, activará el factor de transcripción ComK. Después de que ComK se activa, comenzará la transcripción de genes que codifican todos los componentes necesarios para la competencia natural. La expresión tanto de srfA como de comS representa una etapa diferente de la regulación de la competencia. Sin srfA, no se puede expresar comS . Sin la expresión de comS , no se puede realizar la transcripción y la posterior traducción de los componentes celulares que se necesitan para aceptar e integrar el ADN exógeno. [1]
La competencia puede bloquearse en S. pneumoniae a través del mecanismo de los bloqueadores de COM que alteran la fuerza motriz de protones, que es esencial para la producción de ATP. Los bloqueadores de COM son compuestos que inhiben la actividad de la luciferasa, y PROG y TCL (dos ejemplos de bloqueadores de COM) disminuyen el pH interno y, por lo tanto, disminuyen los niveles intracelulares de potasio. El PIM no cambia el pH interno, pero sí afecta la captación de K+. [6]
El ADN, que consiste en desoxinucleótidos, puede ser una fuente conveniente de nutrición y, si no se incorpora al genoma de la propia célula, puede proporcionar los materiales necesarios para la replicación celular. La mayor parte del ADN que absorbe una célula, de hecho, no se incorpora al genoma, sino que se descompone y se reutiliza. [9] Las células competentes que absorben más fácilmente el ADN ambiental pueden beneficiarse enormemente de esto.
Si se transforman con éxito, las bacterias pueden obtener ventajas evolutivas a partir del ADN incorporado, ya que de esta manera se pueden compartir mutaciones y genes que provocan una mayor capacidad de supervivencia.
La absorción de ADN por células competentes también puede contribuir a la reparación del ADN al crear una plantilla para la recombinación, lo que se ha observado específicamente en Sulfolobus spp. [10]
{{cite book}}: Mantenimiento de CS1: otros ( enlace )