La transducción es el proceso por el cual un virus o un vector viral introduce ADN extraño en una célula . [1] Un ejemplo es la transferencia viral de ADN de una bacteria a otra y, por lo tanto, un ejemplo de transferencia horizontal de genes . [2] La transducción no requiere contacto físico entre la célula donante del ADN y la célula que lo recibe (lo que ocurre en la conjugación ), y es resistente a la DNasa ( la transformación es susceptible a la DNasa). La transducción es una herramienta común utilizada por los biólogos moleculares para introducir de forma estable un gen extraño en el genoma de una célula huésped (tanto bacteriana como de mamífero).
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 replicativa , transcripcional y de traducción de la célula bacteriana huésped para crear nuevas partículas virales ( viriones ). Las nuevas partículas de fago se liberan luego por lisis del huésped. En el ciclo lisogénico, el cromosoma del fago se integra como un profago en el cromosoma bacteriano, donde puede permanecer inactivo durante períodos prolongados de tiempo. Si se induce el profago (por ejemplo, mediante luz ultravioleta), 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 de 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 requerida ]
El empaquetamiento del ADN de los bacteriófagos en las cápsides de los fagos tiene una baja fidelidad. Es posible que pequeños fragmentos de ADN bacteriano se empaqueten en las partículas de bacteriófagos. Existen dos formas en las que esto puede conducir a la transducción. [ cita requerida ]
La transducción generalizada ocurre cuando fragmentos aleatorios de ADN bacteriano se empaquetan en un fago. Sucede cuando un fago está en la etapa lítica, en el momento en que el ADN viral se empaqueta en cabezas de fago. Si el virus se replica utilizando un "empaquetamiento de cabezas", intenta llenar la cabeza con material genético. Si el genoma viral resulta en capacidad de sobra, los mecanismos de empaquetamiento viral pueden incorporar material genético bacteriano en el nuevo virión. Alternativamente, la transducción generalizada puede ocurrir mediante recombinación . La transducción generalizada es un evento raro y ocurre en el orden de 1 fago en 11.000.
La nueva cápsula viral que contiene parte del ADN bacteriano infecta entonces otra célula bacteriana. Cuando el ADN bacteriano empaquetado en el virus se inserta en la célula receptora, pueden sucederle tres cosas: [ cita requerida ] [4]
La transducción especializada es el proceso por 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 incorrecta. La transducción especializada ocurre cuando un profago se escinde de manera imprecisa del cromosoma, de modo que los genes bacterianos que se encuentran adyacentes a él se incluyen en el ADN escindido. El ADN escindido junto con el ADN viral se empaqueta luego en una nueva partícula viral, que luego se entrega a una nueva bacteria cuando el fago ataca a una nueva bacteria. Aquí, los genes donantes pueden insertarse en el cromosoma receptor o permanecer en el citoplasma, dependiendo de la naturaleza del bacteriófago. [ cita requerida ]
Cuando el material del fago parcialmente encapsulado infecta otra célula y se convierte en un profago, el ADN del profago parcialmente codificado se denomina "heterogenote". [ cita requerida ]
Un ejemplo de transducción especializada es el fago λ en Escherichia coli . [5]
La transducción lateral es el proceso por el cual fragmentos muy largos de ADN bacteriano se transfieren a otra bacteria. Hasta ahora, esta forma de transducción solo se ha descrito en Staphylococcus aureus , pero puede transferir más genes y a frecuencias más altas que la transducción generalizada y especializada. En la transducción lateral, el profago comienza 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 empaquetamiento sucesivo después de la iniciación 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 durante la replicación in situ se producen múltiples copias del genoma del fago, 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. Se utiliza a menudo como herramienta en la investigación básica y se investiga activamente como un medio potencial para la terapia génica . [ cita requerida ]
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 (generalmente por transfección ) en una célula productora junto con otros plásmidos (construcciones de ADN) que llevan los genes virales necesarios para la formación de viriones infecciosos . En estas células productoras, las proteínas virales expresadas por estas construcciones de empaquetamiento se unen a las secuencias del ADN/ARN (dependiendo del tipo de vector viral) que se va a transferir y lo insertan en 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, solo el plásmido que lleva las secuencias a transferir contiene señales que permiten empaquetar el material genético en los viriones de manera que no se empaqueta ninguno de los genes que codifican las proteínas virales. Los virus recogidos de estas células se aplican luego 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 va a transferir 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 son "deficientes en la replicación"). [ cita requerida ]
Se han utilizado algunos potenciadores para mejorar la eficiencia de la transducción, como el polibreno , el sulfato de protamina , la retronectina y el DEAE dextrán. [7]