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Los elementos genéticos móviles ( MGE ) a veces llamados elementos genéticos egoístas [1] son un tipo de material genético que puede moverse dentro de un genoma o que puede transferirse de una especie o replicón a otro. Los MGE se encuentran en todos los organismos. En los seres humanos, se cree que aproximadamente el 50% del genoma son MGE. [2] Los MGE juegan un papel distinto en la evolución. Los eventos de duplicación de genes también pueden ocurrir a través del mecanismo de los MGE. Los MGE también pueden causar mutaciones en las regiones codificantes de proteínas, lo que altera las funciones de las proteínas. También pueden reorganizar genes en el genoma del huésped. Uno de los ejemplos de MGE en el contexto evolutivo es que los factores de virulencia y la resistencia a los antibióticosLos genes de MGE se pueden transportar para compartirlos con bacterias vecinas. Los genes recién adquiridos a través de este mecanismo pueden aumentar la aptitud al obtener funciones nuevas o adicionales. Por otro lado, los MGE también pueden disminuir la aptitud al introducir alelos o mutaciones que causan enfermedades. [3]

Elementos genéticos móviles en la célula (izquierda) y las formas en que se pueden adquirir (derecha)

Tipos [ editar ]

  • Plásmidos : generalmente sonmoléculas de ADN extracromosómico circularesque se replican y se transmiten independientemente del ADN cromosómico. Están presentes en procariotas ( bacterias y arqueas ) y, a veces, en organismos eucariotas como la levadura . Los plásmidos durante su ciclo transportan genes de un organismo a otro a través de un proceso llamado conjugación . También suelen inyectar genes que hacen que las bacterias sean resistentes a los antibióticos . [4] [5]
  • Transposones : son secuencias de ADN que pueden moverse y replicarse en diferentes partes del genoma de una célula . También llamados "genes saltarines", pueden transferirse horizontalmente entre organismos que viven en simbiosis . Los transposones están presentes en todos los seres vivos y en virus gigantes . [7]
    • Transposones de ADN : son transposones que se mueven directamente de una posición a otra en el genoma utilizando una transposasa para cortar y pegar en otro locus . [8]
    • Retrotransposones : son transposones que se mueven en el genoma, siendo transcritos a ARN y luego a ADN por transcriptasa inversa . Los retrotransposones están presentes exclusivamente en eucariotas . [9]
    • Retroposones : son transposones exclusivos de mamíferos que se mueven en el genoma, se transcriben en ADN y luego en ARN, sin codificar la transcriptasa inversa. [7]
  • Integrones : estos son casetes de genes que generalmente llevan genes de resistencia a antibióticos a plásmidos y transposones bacterianos. [10]
  • Intrones : Los intrones de los grupos I y II son secuencias de nucleótidos con actividad catalítica que forman parte de las transcripciones del hospedador y actúan como ribozimas que pueden invadir genes que codifican ARNt , ARNr y proteínas . Están presentes en todos los organismos celulares y virus. [11]
  • Agentes virales : Son en su mayoría agentes acelulares infecciosos que se replican en huéspedes celulares. Durante su ciclo infeccioso, pueden transportar genes de un huésped a otro. También pueden transportar genes de un organismo a otro en caso de que el agente viral infecte a más de dos especies diferentes. Tradicionalmente se consideran entidades separadas, pero lo cierto es que muchos investigadores que estudian sus características y evolución se refieren a ellos como elementos genéticos móviles. Los agentes virales están conectados evolutivamente con varios elementos genéticos móviles. [12] [13] [1] [14]
    • Virus : Son agentes virales compuestos por una molécula de material genético (ADN o ARN) y con la capacidad de formar partículas complejas llamadas viriones para poder moverse con facilidad entre sus huéspedes. Los virus están presentes en todos los seres vivos. Las partículas virales son fabricadas por la maquinaria replicativa del huésped para transferencia horizontal. [12] [15]
    • Ácidos nucleicos satélite : son moléculas de ADN o ARN, que se encapsulan como polizón en los viriones de ciertos virus auxiliares y que dependen de estos para poder replicarse. Aunque a veces se consideran elementos genéticos de sus virus auxiliares, no siempre se encuentran dentro de sus virus auxiliares. [12] [16]
    • Viroides : Son agentes virales que consisten en moléculas circulares de ARN que infectan y se replican en las plantas . [12] [17]
    • Elemento viral endógeno : Son ácidos nucleicos virales integrados en el genoma de una célula. Pueden moverse y replicarse varias veces en la célula huésped sin causar enfermedad o mutación. Se consideran formas autónomas de transposones. Los ejemplos son provirus y retrovirus endógenos . [18]

Ejemplos de investigación [ editar ]

Los sistemas CRISPR-Cas en bacterias y arqueas son sistemas inmunes adaptativos para proteger contra las consecuencias mortales de los MGE. Utilizando análisis genómico y filogenético comparativo, los investigadores encontraron que las variantes de CRISPR-Cas están asociadas con distintos tipos de MGE, como los elementos transponibles. Además, CRISPR-Cas controla los elementos transponibles para su propagación. [19]

Los MGE como los plásmidos por transmisión horizontal son generalmente beneficiosos para un organismo. La capacidad de transferir plásmidos (compartir) es importante en una perspectiva evolutiva. Tazzyman y Bonhoeffer descubrieron que la fijación (recepción) de los plásmidos transferidos en un nuevo organismo es tan importante como la capacidad de transferirlos. [20] Los plásmidos beneficiosos raros y transferibles tienen una mayor probabilidad de fijación, mientras que los elementos genéticos transferibles perjudiciales tienen una menor probabilidad de fijación para evitar la letalidad para los organismos hospedadores.

Un tipo de MGE, a saber, los elementos conjugativos integrativos (ICE), son fundamentales para la transferencia horizontal de genes que dan forma a los genomas de los procariotas, lo que permite una rápida adquisición de nuevos rasgos adaptativos. [21] [22]

Como ejemplo representativo de ICE, el ICE Bs1 está bien caracterizado por su papel en la respuesta SOS al daño global del ADN de Bacillus subtilis [23] y también por su posible vínculo con la resistencia a la radiación y la desecación de las esporas de Bacillus pumilus SAFR-032, [ 24] aislado de las instalaciones de salas blancas de las naves espaciales. [25] [26] [27]

La transposición por elementos transponibles es mutagénica. Por lo tanto, los organismos han evolucionado para reprimir los eventos de transposición, y la incapacidad de reprimir los eventos provoca cánceres en las células somáticas. Cecco y col. encontraron que durante la edad temprana la transcripción de elementos retrotransponibles es mínima en ratones, pero en la edad avanzada el nivel de transcripción aumenta. [28] Este nivel de expresión de elementos transponibles dependiente de la edad se reduce mediante una dieta de restricción calórica.

Enfermedades [ editar ]

La consecuencia de elementos genéticos móviles puede alterar los patrones de transcripción, lo que frecuentemente conduce a trastornos genéticos como trastornos inmunes, cáncer de mama, esclerosis múltiple y esclerosis lateral amiotrófica. En los seres humanos, el estrés puede conducir a la activación transaccional de MGE, como los retrovirus endógenos , y esta activación se ha relacionado con la neurodegeneración . [29]

Otras notas [ editar ]

El total de todos los elementos genéticos móviles de un genoma puede denominarse mobiloma .

Barbara McClintock recibió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1983 "por su descubrimiento de elementos genéticos móviles" ( elementos transponibles ). [30]

Los elementos genéticos móviles desempeñan un papel fundamental en la propagación de factores de virulencia, como exotoxinas y exoenzimas , entre las bacterias. Se han propuesto estrategias para combatir ciertas infecciones bacterianas dirigidas a estos factores de virulencia específicos y elementos genéticos móviles. [31]

Ver también [ editar ]

  • Base de datos ACLAME (The CLAssification of Mobile Genetics Elements)
  • Transferencia horizontal de genes
  • Factores virulentos

Referencias [ editar ]

  1. ^ a b Virus y elementos móviles como impulsores de transiciones evolutivas . NCBI.
  2. ^ Mu, X .; Ahmad, S .; Hur, S. (2016). Retroelementos endógenos y los sensores inmunes innatos del huésped . Avances en inmunología. 132 . págs. 47–69. doi : 10.1016 / bs.ai.2016.07.001 . ISBN 9780128047972. PMC  5135014 . PMID  27769507 .
  3. ^ Singh, Parmit Kumar; Bourque, Guillaume; Craig, Nancy L .; Dubnau, Josh T .; Feschotte, Cédric; Flasch, Diane A .; Gunderson, Kevin L .; Malik, Harmit Singh; Moran, John V. (18 de noviembre de 2014). "Elementos genéticos móviles y evolución del genoma 2014" . ADN móvil . 5 : 26. doi : 10.1186 / 1759-8753-5-26 . PMC 4363357 . PMID 30117500 .  
  4. ^ David Summers (1996). "Capítulo 1 - La función y organización de los plásmidos" . La biología de los plásmidos (Primera ed.). Wiley-Blackwell. págs. 21-22. ISBN 978-0632034369.
  5. ^ Smillie C, Garcillán-Barcia MP, Francia MV, Rocha EP, de la Cruz F (septiembre de 2010). "Movilidad de plásmidos" . Revisiones de Microbiología y Biología Molecular . 74 (3): 434–52. doi : 10.1128 / MMBR.00020-10 . PMC 2937521 . PMID 20805406 .  
  6. ^ BR Glick; JJ Pasternak (2005). Principios y aplicaciones de la biotecnología molecular del ADN recombinante (3ª ed.). Prensa ASM. ISBN 9781555816124.
  7. ↑ a b Makałowski W, Gotea V, Pande A, Makałowska I (2019). "Elementos transponibles: clasificación, identificación y su uso como herramienta para la genómica comparativa". En Anisimova M (ed.). Genómica evolutiva . Métodos en Biología Molecular. 1910 . Clifton, Nueva Jersey págs. 185–86. doi : 10.1007 / 978-1-4939-9074-0_6 . ISBN 978-3-8055-8341-1. OCLC  145014779 . PMID  31278665 .
  8. ^ Muñoz-López, Martín; García-Pérez, José L. (abril de 2010). "Transposones de ADN: naturaleza y aplicaciones en genómica" . Genómica actual . 11 (2): 115-128. doi : 10.2174 / 138920210790886871 . ISSN 1389-2029 . PMC 2874221 . PMID 20885819 .   
  9. ^ Richardson, Sandra R .; García Pérez, José Luis; Doucet, Aurélien J .; Kopera, Huira C .; Moldavo, John B .; Moran, John V. (5 de marzo de 2015). "La influencia de los retrotransposones LINE-1 y SINE en genomas de mamíferos" . Espectro de microbiología . 3 (2): 1165–1208. doi : 10.1128 / microbiolspec.mdna3-0061-2014 . ISBN 9781555819200. PMC  4498412 . PMID  26104698 .
  10. ^ Kovalevskaya, NP (2002). "Cassettes e integrones de genes móviles". Biología molecular . 36 (2): 196–201. doi : 10.1023 / A: 1015361704475 . S2CID 2078235 . 
  11. ^ Hausner, Georg; Hafez, Mohamed; Edgell, David R. (10 de marzo de 2014). "Intrones del grupo bacteriano I: catalizadores de ARN móviles" . ADN móvil . 5 (1): 8. doi : 10.1186 / 1759-8753-5-8 . PMC 3984707 . PMID 24612670 .  
  12. ↑ a b c d Eugene Koonin, Valerian V Doljja (2014). Virus World como una red evolutiva de virus y elementos egoístas sin cápside . Revisiones de Microbiología y Biología Molecular.
  13. ^ Eugene V. Koonin, Yuri I. Wolf, Genómica de bacterias y arqueas: la visión dinámica emergente del mundo procariota , Investigación de ácidos nucleicos, volumen 36, número 21, 1 de diciembre de 2008, páginas 6688–6719
  14. ^ Rankin, DJ; Rocha, EPC; Brown, SP (enero de 2011). "¿Qué rasgos se transmiten en elementos genéticos móviles y por qué?" . Herencia . 106 (1): 1–10. doi : 10.1038 / hdy.2010.24 . PMC 3183850 . PMID 20332804 .  
  15. ^ Crawford, Dorothy (2011). Virus: una introducción muy breve . Nueva York: Oxford University Press. pag. 4 . ISBN 978-0199574858.
  16. ^ "3 - satélites y otros ácidos nucleicos dependientes de virus - agentes subvirales - agentes subvirales (2011)" . Comité Internacional de Taxonomía de Virus (ICTV) .( versión más reciente; no menciona satélites )
  17. ^ "Viroides de informe de ICTV" .
  18. ^ Feschotte, Cédric; Gilbert, Clement (marzo de 2012). "Virus endógenos: conocimientos sobre la evolución viral y el impacto en la biología del huésped" (PDF) . Nat Rev Genet . 13 (4): 83–96. doi : 10.1038 / nrg3199 . PMID 22421730 .  
  19. ^ Peters, Joseph E .; Makarova, Kira S .; Shmakov, Sergey; Koonin, Eugene V. (29 de agosto de 2017). "Reclutamiento de sistemas CRISPR-Cas por transposones tipo Tn7" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 114 (35): E7358 – E7366. doi : 10.1073 / pnas.1709035114 . PMC 5584455 . PMID 28811374 .  
  20. ^ Tazzyman, Samuel J .; Bonhoeffer, Sebastián (2013). "Probabilidad de fijación de elementos genéticos móviles como plásmidos" . Biología teórica de poblaciones . 90 : 49–55. doi : 10.1016 / j.tpb.2013.09.012 . PMID 24080312 . 
  21. ^ Guglielmini J, Quintais L, Garcillan-Barcia MP, de la Cruz F, Rocha EP (agosto de 2018). "El repertorio de ICE en procariotas subraya la unidad, diversidad y ubicuidad de la conjugación" . PLoS Genet . 7 (8): e1002222. doi : 10.1371 / journal.pgen.1002222 . PMC 3158045 . PMID 21876676 .  
  22. ^ Wozniak RA, Waldor MK (agosto de 2010). "Elementos integradores y conjugativos: mosaico de elementos genéticos móviles que permiten el flujo lateral dinámico de genes" . Nat Rev Microbiol . 8 (8): 552–563. doi : 10.1038 / nrmicro2382 . PMID 20601965 . 
  23. ^ Auchtung JM, Lee CA, Garrison KL, Grossman AD (junio de 2007). "Identificación y caracterización del represor de inmunidad (ImmR) que controla el elemento genético móvil ICE Bs1 de Bacillus subtilis " . PLoS Genet . 64 (6): 1515-1528. doi : 10.1111 / j.1365-2958.2007.05748.x . PMC 3320793 . PMID 17511812 .  
  24. ^ Tirumalai MR, Fox GE (septiembre de 2013). "Un elemento similar a ICEBs1 puede estar asociado con la extrema resistencia a la radiación y la desecación de las esporas de Bacillus pumilus SAFR-032" . Extremófilos . 17 (5): 767–774. doi : 10.1007 / s00792-013-0559-z . PMID 23812891 . 
  25. ^ Link L, Sawyer J, Venkateswaran K, Nicholson W (febrero de 2004). "Resistencia extrema a los rayos ultravioleta de las esporas de los aislados de Bacillus pumilus obtenidos de una instalación de montaje de naves espaciales ultralimpias". Microb Ecol . 47 (2): 159-163. doi : 10.1007 / s00248-003-1029-4 . PMID 14502417 . 
  26. ^ Newcombe DA, Schuerger AC, Benardini JN, Dickinson D, Tanner R, Venkateswaran K (diciembre de 2005). "Supervivencia de microorganismos asociados a naves espaciales bajo irradiación ultravioleta marciana simulada" . Appl Environ Microbiol . 71 (12): 8147–8156. doi : 10.1128 / AEM.71.12.8147-8156.2005 . PMC 1317311 . PMID 16332797 .  
  27. ^ Kempf MJ, Chen F, Kern R, Venkateswaran K (junio de 2005). "Aislamiento recurrente de esporas de Bacillus pumilus resistentes al peróxido de hidrógeno de una instalación de montaje de naves espaciales" . Astrobiología . 5 (3): 391–405. doi : 10.1089 / ast.2005.5.391 . PMID 15941382 . 
  28. ^ De Cecco, Marco; Criscione, Steven W .; Peterson, Abigail L .; Neretti, Nicola; Sedivy, John M .; Kreiling, Jill A. (2013). "Los elementos transponibles se vuelven activos y móviles en los genomas de tejidos somáticos de mamíferos envejecidos" . Envejecimiento . 5 (12): 867–883. doi : 10.18632 / ageing.100621 . PMC 3883704 . PMID 24323947 .  
  29. ↑ Antony, Joseph M; Marle, Guido van; Opii, Wycliffe; Butterfield, D Allan; Mallet, François; Yong, Voon Wee; Wallace, John L; Diácono, Robert M; Warren, Kenneth (octubre de 2004). "La inducción de reactivos redox mediada por glicoproteínas de retrovirus endógenos humanos provoca la muerte y desmielinización de oligodendrocitos". Neurociencia de la naturaleza . 7 (10): 1088–1095. doi : 10.1038 / nn1319 . PMID 15452578 . 
  30. ^ "El Premio Nobel de Fisiología o Medicina 1983" . nobelprize.org . Consultado el 14 de julio de 2010 .
  31. ^ Keen, EC (diciembre de 2012). "Paradigmas de patogénesis: dirigidas a los elementos genéticos móviles de la enfermedad" . Fronteras en microbiología celular e infecciosa . 2 : 161. doi : 10.3389 / fcimb.2012.00161 . PMC 3522046 . PMID 23248780 .  

Bibliografía [ editar ]

  • Miller, WJ; Capy, P., eds. (2004), Elementos genéticos móviles: protocolos y aplicaciones genómicas , Humana Press, ISBN 978-1-58829-007-6
  • Shapiro, JA , ed. (1983), Elementos genéticos móviles , Academic Press, ISBN 978-0-12-638680-6