La transducción es el proceso mediante el cual un virus o vector viral introduce ADN extraño en una célula . [1] Un ejemplo es la transferencia viral de ADN de una bacteria a otra y, por tanto, un ejemplo de transferencia horizontal de genes . [2] La transducción no requiere contacto físico entre la célula que dona el ADN y la célula que recibe el ADN (lo que ocurre en la conjugación ), y es resistente a la ADNasa ( la transformación es susceptible a la ADNasa). La transducción es una herramienta común utilizada por los biólogos moleculares para introducir de manera estable un gen extraño en el genoma de una célula huésped (tanto de células bacterianas como de mamíferos).
La transducción fue descubierta en Salmonella por Norton Zinder y Joshua Lederberg en la Universidad de Wisconsin-Madison en 1952. [3]
La transducción ocurre a través del ciclo lítico o del ciclo lisogénico . Cuando los bacteriófagos (virus que infectan bacterias) que son líticos infectan células bacterianas, aprovechan la maquinaria de replicación , transcripción y traducción de la célula bacteriana huésped para producir nuevas partículas virales ( viriones ). Las nuevas partículas del fago se liberan luego por lisis del huésped. En el ciclo lisogénico, el cromosoma del fago se integra como profago en el cromosoma bacteriano, donde puede permanecer inactivo durante largos períodos de tiempo. Si se induce el profago (mediante luz ultravioleta, por ejemplo), el genoma del fago se escinde del cromosoma bacteriano e inicia el ciclo lítico, que culmina en la lisis de la célula y la liberación de partículas del fago. La transducción generalizada (ver más abajo) ocurre en ambos ciclos durante la etapa lítica, mientras que la transducción especializada (ver más abajo) ocurre cuando se escinde un profago en el ciclo lisogénico. [ cita necesaria ]
El empaquetado del ADN de los bacteriófagos en las cápsides de los fagos tiene baja fidelidad. Se pueden empaquetar pequeños trozos de ADN bacteriano en las partículas de bacteriófago. Hay dos formas en que esto puede conducir a la transducción. [ cita necesaria ]
La transducción generalizada ocurre cuando se empaquetan fragmentos aleatorios de ADN bacteriano en un fago. Ocurre cuando un fago se encuentra en etapa lítica, en el momento en que el ADN viral se empaqueta en cabezas de fago. Si el virus se replica utilizando un 'envoltorio de cabeza', intenta llenar la cabeza con material genético. Si el genoma viral genera capacidad adicional, los mecanismos de empaquetamiento viral pueden incorporar material genético bacteriano al nuevo virión. Alternativamente, la transducción generalizada puede ocurrir mediante recombinación . La transducción generalizada es un evento raro y ocurre del orden de 1 fago en 11.000.
La nueva cápsula del virus que contiene parte de ADN bacteriano infecta luego otra célula bacteriana. Cuando el ADN bacteriano empaquetado en el virus se inserta en la célula receptora, le pueden suceder tres cosas: [ cita necesaria ] [4]
La transducción especializada es el proceso mediante el cual un conjunto restringido de genes bacterianos se transfiere a otra bacteria. Los genes que se encuentran adyacentes al profago se transfieren debido a una escisión inadecuada. La transducción especializada ocurre cuando un profago escinde de manera imprecisa el cromosoma de modo que los genes bacterianos que se encuentran adyacentes a él se incluyen en el ADN extirpado. El ADN extirpado junto con el ADN viral luego se empaqueta en una nueva partícula de virus, que luego se entrega a una nueva bacteria cuando el fago ataca a la nueva bacteria. En este caso, los genes del donante pueden insertarse en el cromosoma del receptor o permanecer en el citoplasma, dependiendo de la naturaleza del bacteriófago. [ cita necesaria ]
Cuando el material del fago parcialmente encapsulado infecta otra célula y se convierte en un profago, el ADN del fago parcialmente codificado se denomina "heterogenota". [ cita necesaria ]
Un ejemplo de transducción especializada es el fago λ de Escherichia coli . [5]
La transducción lateral es el proceso mediante el cual fragmentos muy largos de ADN bacteriano se transfieren a otra bacteria. Hasta ahora, esta forma de transducción sólo se ha descrito en Staphylococcus aureus , pero puede transferir más genes y en frecuencias más altas que la transducción generalizada y especializada. En la transducción lateral, el profago inicia su replicación in situ antes de la escisión en un proceso que conduce a la replicación del ADN bacteriano adyacente. Después de lo cual, el empaquetamiento del fago replicado desde su sitio pac (ubicado alrededor de la mitad del genoma del fago) y los genes bacterianos adyacentes ocurre in situ, hasta el 105% del tamaño del genoma del fago. El empaquetado sucesivo después del inicio desde el sitio pac original conduce a que varias kilobases de genes bacterianos se empaqueten en nuevas partículas virales que se transfieren a nuevas cepas bacterianas. Si el material genético transferido en estas partículas transductoras proporciona suficiente ADN para la recombinación homóloga, el material genético se insertará en el cromosoma receptor. Debido a que se producen múltiples copias del genoma del fago durante la replicación in situ, algunos de estos profagos replicados se escinden normalmente (en lugar de empaquetarse in situ), produciendo fagos infecciosos normales. [6]
La transducción con vectores virales se puede utilizar para insertar o modificar genes en células de mamíferos. A menudo se utiliza como herramienta en la investigación básica y se investiga activamente como medio potencial para la terapia genética . [ cita necesaria ]
En estos casos, se construye un plásmido en el que los genes a transferir están flanqueados por secuencias virales que son utilizadas por las proteínas virales para reconocer y empaquetar el genoma viral en partículas virales. Este plásmido se inserta (normalmente mediante transfección ) en una célula productora junto con otros plásmidos (construcciones de ADN) que portan los genes virales necesarios para la formación de viriones infecciosos . En estas células productoras, las proteínas virales expresadas por estas construcciones de empaquetamiento unen las secuencias del ADN/ARN (dependiendo del tipo de vector viral) que se van a transferir y las insertan en las partículas virales. Por seguridad, ninguno de los plásmidos utilizados contiene todas las secuencias necesarias para la formación del virus, por lo que se requiere la transfección simultánea de múltiples plásmidos para obtener viriones infecciosos. Además, sólo el plásmido que porta las secuencias a transferir contiene señales que permiten empaquetar el material genético en viriones, de modo que ninguno de los genes que codifican proteínas virales esté empaquetado. Los virus recolectados de estas células luego se aplican a las células que se van a alterar. Las etapas iniciales de estas infecciones imitan la infección con virus naturales y conducen a la expresión de los genes transferidos y (en el caso de los vectores lentivirus /retrovirus) a la inserción del ADN que se transferirá en el genoma celular. Sin embargo, dado que el material genético transferido no codifica ninguno de los genes virales, estas infecciones no generan nuevos virus (los virus tienen "replicación deficiente"). [ cita necesaria ]
Se han utilizado algunos potenciadores para mejorar la eficiencia de la transducción, como polibreno , sulfato de protamina , retronectina y DEAE dextrano. [7]