Competencia natural
En microbiología , genética , biología celular y biología molecular , la competencia es la capacidad de una célula para alterar su genética tomando ADN extracelular ("desnudo") de su entorno en el proceso llamado transformación . La competencia puede diferenciarse entre competencia natural , una habilidad genéticamente especificada de las bacterias que se cree que ocurre en condiciones naturales así como en el laboratorio, y competencia inducida o artificial ., que surge cuando las células en cultivos de laboratorio se tratan para hacerlas transitoriamente permeables al ADN. La competencia permite una rápida adaptación y reparación del ADN de la célula. Este artículo trata principalmente de la competencia natural de las bacterias, aunque también se proporciona información sobre la competencia artificial.
La competencia natural fue descubierta por Frederick Griffith en 1928, cuando demostró que una preparación de células muertas de una bacteria patógena contenía algo que podía transformar células no patógenas relacionadas en el tipo patógeno. En 1944 , Oswald Avery , Colin MacLeod y Maclyn McCarty demostraron que este 'factor de transformación' era ADN puro [1] . Esta fue la primera evidencia convincente de que el ADN lleva la información genética de la célula.
Desde entonces, se ha estudiado la competencia natural en varias bacterias diferentes, en particular Bacillus subtilis , Streptococcus pneumoniae ("neumococo" de Griffith), Neisseria gonorrhoeae , Haemophilus influenzae y miembros del género Acinetobacter . Las áreas de investigación activa incluyen los mecanismos de transporte de ADN, la regulación de la competencia en diferentes bacterias y la función evolutiva de la competencia.
En el laboratorio, el ADN es proporcionado por el investigador, a menudo como un fragmento o plásmido modificado genéticamente . Durante la captación, el ADN se transporta a través de la (s) membrana(s) celular(es) y la pared celular, si está presente. Una vez que el ADN está dentro de la célula, puede degradarse a nucleótidos , que se reutilizan para la replicación del ADN y otras funciones metabólicas . Alternativamente, puede ser recombinado en el genoma de la célula por sus enzimas de reparación de ADN . Si esta recombinación cambia el genotipo de la célulase dice que la célula se ha transformado. La competencia artificial y la transformación se utilizan como herramientas de investigación en muchos organismos ( ver Transformación (genética) ). [2]
En casi todas las bacterias naturalmente competentes, los componentes de los filamentos extracelulares llamados pili tipo IV (un tipo de fimbria ) se unen al ADN extracelular de doble cadena. Luego, el ADN se transloca a través de la membrana (o membranas para bacterias gram negativas ) a través de complejos de proteínas de múltiples componentes impulsados por la degradación de una hebra de ADN. El ADN monocatenario en la célula está unido por una proteína bien conservada, DprA, que carga el ADN en RecA , que media la recombinación homóloga a través de la vía clásica de reparación del ADN . [3]
En los cultivos de laboratorio, la competencia natural suele estar estrictamente regulada y, a menudo, desencadenada por carencias nutricionales o condiciones adversas. Sin embargo, las señales inductoras específicas y la maquinaria reguladora son mucho más variables que la maquinaria de captación, y se sabe poco sobre la regulación de la competencia en los entornos naturales de estas bacterias. [4] Se han descubierto factores de transcripción que regulan la competencia; un ejemplo es sxy (también conocido como tfoX) que se ha encontrado que está regulado a su vez por un elemento de ARN no codificante en 5' . [5] En bacterias capaces de formar esporas, las condiciones que inducen la esporulación a menudo se superponen con las que inducen la competencia. Por lo tanto, los cultivos o colonias que contienen células esporulantes a menudo también contienen células competentes. Investigaciones recientes de Süel et al. ha identificado un módulo central excitable de genes que puede explicar la entrada y salida de la competencia cuando se tiene en cuenta el ruido celular . [6]
1-ADN de células bacterianas
2-Plásmidos de células bacterianas
3-Pili sexuales
4-Plásmido de ADN extraño de una célula muerta
5-Enzima de restricción de células bacterianas
6-Plásmido extraño desenrollado
7-DNA ligasa
I: Un plásmido de ADN extraño de una célula muerta es interceptado por los pelos sexuales de una célula bacteriana naturalmente competente.
II: El plásmido extraño se transduce a través de los pelos sexuales hacia la célula bacteriana, donde es procesado por enzimas de restricción de células bacterianas. Las enzimas de restricción rompen el plásmido extraño en una cadena de nucleótidos que se pueden agregar al ADN bacteriano.
III: la ADN ligasa integra los nucleótidos extraños en el ADN de la célula bacteriana.
IV: La recombinación está completa y el ADN extraño se ha integrado en el ADN de la célula bacteriana original y seguirá siendo parte de él cuando la célula bacteriana se replique a continuación.