La transducción es el proceso mediante 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 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 (que ocurre en 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. (células bacterianas y de mamíferos).
Descubrimiento (transducción bacteriana)
La transducción fue descubierta por Norton Zinder y Joshua Lederberg en la Universidad de Wisconsin-Madison en 1952 en Salmonella. [3] [4]
En los ciclos lítico y lisogénico
La transducción ocurre a través del ciclo lítico o 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 de fagos 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 períodos prolongados. Si se induce el profago (por ejemplo, con luz ultravioleta), el genoma del fago se escinde del cromosoma bacteriano e inicia el ciclo lítico, que culmina con 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.
Como método para transferir material genético
Transducción por bacteriófagos
El empaquetamiento de ADN de bacteriófago en cápsides de 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.
Transducción generalizada
La transducción generalizada se produce cuando se empaquetan piezas aleatorias de ADN bacteriano en un fago. Ocurre cuando un fago se encuentra en la etapa lítica, en el momento en que el ADN viral se empaqueta en cabezas de fagos. Si el virus se replica utilizando un "empaquetado completo", intenta llenar la cabeza con material genético. Si el genoma viral resulta en capacidad de reserva, 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 en el orden de 1 fago de cada 11.000. [3]
La nueva cápsula de virus que contiene parte del ADN bacteriano infecta a otra célula bacteriana. Cuando el ADN bacteriano empaquetado en el virus se inserta en la célula receptora, pueden ocurrirle tres cosas:
- El ADN se recicla para obtener repuestos.
- Si el ADN era originalmente un plásmido , se volverá a circularizar dentro de la nueva célula y volverá a ser un plásmido.
- Si el nuevo ADN coincide con una región homóloga del cromosoma de la célula receptora, intercambiará material de ADN similar a las acciones de la recombinación bacteriana .
Transducción especializada
La transducción especializada es el proceso mediante el cual un conjunto restringido de genes bacterianos se transfiere a otra bacteria. Los genes que se transfieren (genes donantes) flanquean el lugar donde se encuentra el profago en el cromosoma. La transducción especializada ocurre cuando un profago se escinde de manera imprecisa del cromosoma, de modo que los genes bacterianos adyacentes a él se incluyen en el ADN extirpado. El ADN extirpado luego se empaqueta en una nueva partícula de virus, que luego entrega el ADN a una nueva bacteria. Aquí, los genes del donante pueden insertarse en el cromosoma receptor o permanecer en el citoplasma, dependiendo de la naturaleza del bacteriófago.
Cuando el material del fago parcialmente encapsulado infecta otra célula y se convierte en un profago, el ADN del profago parcialmente codificado se denomina "heterogenoto".
Un ejemplo de transducción especializada es el fago λ en Escherichia coli . [5]
Transducción lateral
La transducción lateral es el proceso mediante el cual se transfieren fragmentos muy largos de ADN bacteriano a otra bacteria. Hasta ahora, esta forma de transducción solo 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 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 se producen múltiples copias del genoma del fago durante la replicación in situ, algunos de estos profagos replicados se extirpan normalmente (en lugar de empaquetarse in situ), produciendo fagos infecciosos normales. [6]
Transducción de células de mamíferos con vectores virales
La transducción con vectores virales puede usarse para insertar o modificar genes en células de mamíferos. A menudo se utiliza como herramienta en la investigación básica y se investiga activamente como un medio potencial para la terapia génica .
Proceso
En estos casos, se construye un plásmido en el que los genes a transferir están flanqueados por secuencias virales que son utilizadas por 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 transportan 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 (según el tipo de vector viral) para ser transferidas e insertarlas 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 los materiales genéticos en viriones, de modo que ninguno de los genes que codifican proteínas virales esté empaquetado. Los virus recolectados 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 a transferir al 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 replicación").
Se han utilizado algunos potenciadores para mejorar la eficiencia de la transducción, como polibreno , sulfato de protamina , retronectina y DEAE Dextrano. [7]
Aplicaciones médicas
- Terapia génica : corrección de enfermedades genéticas mediante la modificación directa de errores genéticos.
Ver también
- Electroporación : uso de un campo eléctrico para aumentar la permeabilidad de la membrana celular.
- Terapia de fagos : uso terapéutico de bacteriófagos.
- Transducción de señales
- Transfección : medio de insertar ADN en una célula.
- Transformación (genética) : medio de insertar ADN en una célula.
- Vector viral : herramienta comúnmente utilizada para introducir material genético en las células.
Referencias
- ^ Transducción, genética en los encabezados de temas médicos de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.(MeSH)
- ^ Jones E, Hartl DL (1998). Genética: principios y análisis . Boston: Jones y Bartlett Publishers. ISBN 978-0-7637-0489-6.
- ^ a b Griffiths AJ, Miller JH, Suzuki DT, Lewontin RC, Gelbart WM (2000). "Transducción" . Introducción al análisis genético (7ª ed.).
- ^ Zinder ND, Lederberg J (noviembre de 1952). "Intercambio genético en Salmonella" . Revista de bacteriología . 64 (5): 679–99. doi : 10.1128 / JB.64.5.679-699.1952 . PMC 169409 . PMID 12999698 .
- ^ Snyder L, Peters JE, Henkin TM, Champness W (2013). "Lisogenia: el paradigma λ y el papel de la conversión lisogénica en la patogénesis bacteriana". Genética molecular de bacterias (4ª ed.). Washington, DC: Prensa de ASM. págs. 340–343. ISBN 9781555816278.
- ^ Chen J .; et al. (13 de octubre de 2018). "Hipermovilidad del genoma por transducción lateral" . Ciencia . 362 (6411): 207-212. doi : 10.1126 / science.aat5867 . Consultado el 23 de febrero de 2021 .
- ^ Denning W, Das S, Guo S, Xu J, Kappes JC, Hel Z (marzo de 2013). "Optimización de la eficiencia transduccional de vectores lentivirales: efecto de sueros y policationes" . Biotecnología molecular . 53 (3): 308-14. doi : 10.1007 / s12033-012-9528-5 . PMC 3456965 . PMID 22407723 .
enlaces externos
- Genética + Transducción en la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU. Encabezados de temas médicos (MeSH)
- Descripción general en ncbi.nlm.nih.gov
- http://www.med.umich.edu/vcore/protocols/RetroviralCellScreenInfection13FEB2006.pdf (protocolo de transducción)
- Transducción generalizada y especializada en sdsu.edu
En biología molecular y genética, la transformación es la alteración genética de una célula resultante de la captación e incorporación directa de material genético exógeno de su entorno a través de la membrana celular.