Capítulo 13. Elementos genéticos móviles
La transferencia de genes
1. El material genético se puede transferir de manera horizontal de un cromosoma, un organismo o una especie a otros. Esto ocurre a través de distintos mecanismos: conjugación, transformación, infección viral, transducción y transposición.
Los plásmidos y la conjugación
2. Los plásmidos son pequeñas moléculas de DNA presentes en las bacterias en número variable (de 1 a 50). Son circulares y se autorreplican. En E. coli hay plásmidos F (factores sexuales) y plásmidos R (de resistencia a las drogas).
3. Las bacterias portadoras de plásmidos F (masculinas o F+) pueden transferir una copia de ese material genético a otras que no los poseen (femeninas o F-) a través de puentes citoplasmáticos. Esta transferencia de DNA directa y por contacto se llama conjugación. Los plásmidos F pueden insertarse en el cromosoma bacteriano y conferirle a la bacteria la propiedad de transferir una copia parcial o completa de su cromosoma.
Fig. 13-4. 
Transferencia de un plásmido F por conjugación
En estos diagramas, el plásmido se muestra muy aumentado; en realidad, su tamaño es mucho menor que el del cromosoma bacteriano, ya que contiene muchos menos pares de nucleótidos. Al comienzo, una cadena única de DNA se mueve a través del puente citoplasmático desde la célula dadora hacia la célula receptora, donde se sintetiza su cadena complementaria. A medida que la cadena de DNA se transfiere, la cadena de la célula dadora "gira" en sentido contrario a las agujas del reloj y expone los nucleótidos desapareados. Éstos sirven como molde para la síntesis de una cadena complementaria de DNA. Como resultado, el plásmido en la célula dadora continúa siendo un círculo de DNA de doble cadena y el plásmido transferido convierte a la célula receptora en una célula F+. Este mecanismo de replicación del DNA del plásmido se conoce como "replicación en círculo rodante".
4. Los plásmidos R se transfieren en forma similar a los F. Suelen llevar genes que confieren resistencia a distintos antibióticos. Estos genes, a su vez, pueden ser transferidos a otro plásmido, al cromosoma bacteriano, a un bacteriófago o a una bacteria de otra especie.
Adquisición de fragmentos del medio: la transformación
5. La transformación es la adquisición de DNA libre presente en el medio. Algunas bacterias la realizan en forma natural. E. coli sólo lo hace en condiciones de laboratorio, cuando se modifica en forma artificial la permeabilidad de su membrana celular. Esto se logra aplicando una corriente de alto voltaje o aumentando la concentración de cationes bivalentes en el medio.
Los virus: parásitos intracelulares
6. Los virus están formados por un ácido nucleico (DNA o RNA, de cadena simple o doble) rodeado por una cubierta proteica (cápside) y a veces por una envoltura lipoproteica. Son parásitos celulares obligados, pero no se consideran seres vivos. Aparentemente, todas las células procariontes y eucariontes pueden ser infectadas por algún virus.
7. La especificidad infecciosa de un virus está determinada por las proteínas de su cápside o de su envoltura. Existen distintas estrategias de infección: algunos virus entran intactos en las células que infectan, otros sólo inyectan en ellas su material genético.
8. Una vez dentro de una célula, el ácido nucleico viral dirige la producción de nuevos virus, para lo cual usa materias primas y la maquinaria metabólica de su hospedador. Luego se arman los viriones, que lisan la membrana celular y abandonan la célula.
9. En los virus con genoma de DNA, el DNA viral se replica y también se transcribe a RNA mensajero (mRNA). Entre los virus con genoma de RNA, hay algunos en los que el RNA viral se replica y actúa directamente como mRNA. En otros casos, el RNA es usado como molde para sintetizar mRNA utilizando una enzima que ellos mismos llevan. Un tercer grupo posee un gen que codifica una transcriptasa inversa. Esta enzima sintetiza DNA usando RNA como molde.
10. Los bacteriófagos atenuados son virus que se insertan en el cromosoma bacteriano en forma de profagos y permanecen latentes durante muchas generaciones. En determinado momento, y por causas que aún no se conocen con exactitud, se separan del cromosoma y desencadenan un ciclo lítico. Ciertos virus pueden establecer una relación a largo plazo con la célula hospedadora al entrar en un ciclo lisogénico y permanecer latentes durante muchas generaciones celulares antes de iniciar un ciclo de multiplicación e infección.
Fig. 13-9. Ciclos de los virus bacteriófagos
Cuando ciertos bacteriófagos infectan a bacterias, puede ocurrir uno de dos mecanismos. (a) El DNA viral puede entrar en la célula y comenzar una infección (ciclo lítico); o (b) el DNA viral, una vez dentro de la célula, puede incorporarse al cromosoma bacteriano, replicarse con él y transferirse a las células hijas (ciclo lisogénico). Las bacterias que albergan a estos virus se conocen como lisogénicas porque, en forma ocasional, estos virus llamados profagos se activan y establecen un nuevo ciclo lítico.
11. Los bacteriófagos pueden transferir el DNA de una célula hospedadora a otra por medio de la transducción. Al hacer esto, pierden la capacidad de completar un ciclo lítico. La transducción es generalizada cuando se transfieren fracciones al azar del DNA del hospedador, y es especializada si se transfieren fragmentos específicos.
Fig. 13-10. Dos tipos de transducción viral
(a) La transducción general. El DNA viral entra en la bacteria y comienza un ciclo lítico. En el curso de este ciclo, el DNA de la célula hospedadora se rompe y parte de los fragmentos se incorporan al azar a las nuevas partículas virales formadas. Cuando se libera, la partícula viral puede contener DNA bacteriano e infectar a otra bacteria. Aunque este virus es defectuoso e incapaz de establecer un ciclo lítico, el DNA bacteriano que ha introducido puede recombinarse con el DNA de la nueva célula hospedadora. (b) La transducción especializada o restringida. Un bacteriófago infecta a una bacteria y entra en un ciclo lisogénico. El DNA viral se incorpora al cromosoma del hospedador, donde puede permanecer como profago durante muchas generaciones. Cuando el profago abandona el cromosoma bacteriano, estableciendo un ciclo lítico, con frecuencia lleva consigo una parte del DNA bacteriano que, como ocurre en el ciclo lítico, fue fragmentado. En este caso, sólo el DNA contiguo al sitio de inserción del profago es llevado por el DNA viral. El DNA bacteriano y el viral unidos se replican y se incorporan en nuevas partículas virales, que se liberan de la célula cuando ésta es lisada. Estas partículas infectan a otras bacterias y, así, los genes de la primera célula hospedadora pueden recombinarse con los de la nueva célula. El DNA viral también puede integrarse al DNA de la nueva célula hospedadora.
12. Los virus y los retrovirus que ingresan en una célula eucarionte pueden iniciar un ciclo lítico o integrarse en el DNA cromosómico y permanecer allí como provirus.
Genes móviles: los transposones
13. Los transposones son fragmentos de DNA que pueden pasar de un cromosoma a otro sin una etapa de existencia independiente. En algunos casos se escinden del cromosoma y se insertan en otro lugar; otras veces, el fragmento original permanece en su sitio y una copia se inserta en otro lugar. Cuando se insertan en genes o regiones reguladoras, producen mutaciones que afectan la expresión génica.
14. Los transposones simples tienen menos de 1.500 pares de bases y sólo llevan los genes esenciales para la transposición. Los transposones compuestos son mucho más grandes y llevan otros genes, por ejemplo de resistencia a drogas.
15. Los retrotransposones no virales de las células eucariontes se copian primero en RNA y, a través de una transcriptasa inversa, producen DNA que se inserta en un cromosoma. Este proceso puede producir seudogenes carentes de intrones.
16. La transposición se considera un proceso fundamental en la evolución de los genomas eucariontes, pues es una fuente importante de variabilidad.
Fig. 13-13. Inserción de un transposón en una molécula de DNA
(a) La secuencia de nucleótidos en la cual ocurre la inserción se conoce como sitio blanco. (b) Se producen cortes escalonados en el sitio blanco también llamados "extremos pegajosos". (c) El transposón se une a los extremos que sobresalen de los cortes. (d) Cuando se sintetiza la hebra de DNA complementaria, se forman repeticiones idénticas a ambos lados del transposón insertado. Éstas, a menudo, son usadas por los investigadores como "mojones" para identificar las secuencias de DNA que se han transpuesto.
Las estrategias de recombinación
17. La recombinación genética permite la inserción cromosómica del DNA que ingresa en una célula. Existen varios tipos de recombinación: homóloga, específica de sitio y por inserción de transposones.
Genes, virus y cáncer
18. Ciertos virus inyectan oncogenes, llamados así porque producen tumores mediante el estímulo de la división celular.
19. Los virus pueden provocar el desarrollo de cánceres de tres maneras:
- al modificar la función normal de los genes donde se insertan o de genes vecinos.
- al producir proteínas que afectan la regulación de oncogenes y genes supresores de tumores.
- al actuar como vectores que trasladan oncogenes de una célula a otra o de un organismo a otro.
Los virus: unidades de información genética
20. Se conocen más de 30.000 virus que infectan a células procariontes o eucariontes. Los más grandes pueden tener información para la síntesis de hasta doscientas proteínas; los más pequeños, sólo para cuatro o cinco.
21. Se han propuesto diversas teorías que explicarían el origen de los virus. La teoría regresiva considera a los virus como formas degeneradas de parásitos intracelulares. Otra teoría postula que derivan de componentes celulares que escaparon del control celular y evolucionaron en forma independiente. Según una tercera teoría, los virus podrían haber coevolucionado con las células primitivas a partir del RNA del mundo prebiótico.
22. Los viroides son moléculas de DNA desnudo que se encuentran principalmente en las plantas. Se cree que podrían producir alteraciones celulares mediante un proceso llamado silenciamiento del RNA.
23. Los priones son formas anormalmente plegadas de la proteína Prp. La función normal del gen y de su producto, la proteína PrP, aún se desconoce. Algunos estudios sugieren que la proteína protegería al cerebro de los procesos neurodegenerativos. Un prión puede convertir a una proteína Prp normal en otro prión.
Fig. 13-16. Dos mecanismos posibles de generación de priones
Generación de priones a partir de (a) mutaciones y (b) mediante una alteración del plegamiento de una proteína normal inducido por la presencia de un prión o proteína mal plegada.
24. Las modificaciones del ambiente y los cambios en la población humana y sus comportamientos pueden provocar la aparición de nuevas enfermedades infecciosas de origen viral.