Secuencias de inserción (elementos IS)
Insertion sequences (secuencias de inserción) son fragmentos de ADN compactos que se desplazan como una unidad. Su característica clave es su extrema austeridad: codifican información necesaria exclusivamente para su propia migración.
El aparato genético básico de un elemento IS incluye:
- Gen de la transposasa: codifica la enzima activa responsable de escindir el fragmento e integrarlo en un nuevo sitio del genoma.
- Gen represor: actúa como un controlador que regula la actividad de desplazamiento.
En los extremos de esta secuencia se encuentran repeticiones invertidas. Estas sirven como diana para la transposasa: la enzima «reconoce» dichas repeticiones e inicia cortes de cadena sencilla en el ADN, dando inicio al salto.
Transposones: estructura y diferencias
Los transposones son construcciones genéticas más complejas. Poseen todos los mecanismos de los elementos IS, pero además portan carga genética útil para la bacteria.
Su estructura se organiza de la siguiente manera:
- Regiones flanqueantes (extremos): constan de repeticiones invertidas y elementos IS integrados.
- Parte central: además de los genes que facilitan el proceso de migración, contiene genes estructurales. Son estos los que dotan a la bacteria de nuevas propiedades, como la capacidad de producir toxinas o resistir antibióticos.
Los transposones no están atados a un único lugar. Circulan libremente tanto dentro del mismo plásmido como entre replicones completamente diferentes, saltando, por ejemplo, de un plásmido directamente al cromosoma.
Mecanismo de desplazamiento en el genoma
El proceso de transposición obedece a un estricto principio de duplicación. El elemento original no desaparece de su posición de partida; una copia replicada exacta del mismo se inserta en el nuevo sitio. Este fenómeno en microbiología se clasifica como recombinación replicativa (o «ilegítima»).
Un matiz importante: las estructuras móviles no pueden multiplicarse por sí mismas, no son replicones independientes. La duplicación de su ADN ocurre de forma pasiva, simplemente como parte del ciclo de replicación de la molécula (cromosoma o plásmido) en la que se encuentran.
Sistemas de transferencia horizontal de genes
Para intercambiar rasgos útiles, las bacteria utilizan sistemas especializados de captura de ADN exógeno:
- Integrones. Actúan como trampas genéticas. Mediante un mecanismo de recombinación sitio-específica, integran pequeños elementos de ADN denominados casetes génicos. Los integrones se localizan en plásmidos o en el cromosoma, y los casetes pueden migrar entre ellos. La acumulación de varios casetes en un único integron es una causa frecuente del desarrollo de resistencia múltiple a antibióticos en la clínica.
- Islas de patogenicidad. Son segmentos masivos de ADN con una longitud a partir de 10 000 pares de nucleótidos. Su rasgo característico es una relación anómala de pares guanina-citosina (G-C), lo que delata su origen foráneo. Las islas contienen genes críticos para el desarrollo de la infección. Pueden localizarse en el cromosoma (en Salmonella), en plásmidos (en Shigella) o incluso ser aportadas por fagos convertidores (en Vibrio cholerae).
Significado evolutivo y consecuencias para la célula
Cualquier desplazamiento de elementos móviles representa un estrés genético con consecuencias de gran alcance.
Dentro de una célula individual, la transposición provoca mutagénesis insercional (la inserción en medio de un gen conlleva la pérdida de su función), causa daños estructurales en el genoma y puede derivar en la fusión irreversible de un plásmido con el cromosoma.
A escala poblacional, estas estructuras actúan como el motor evolutivo principal. Propagan de manera fulminante genes de resistencia útiles entre las bacterias, modifican sus propiedades biológicas y favorecen la aparición de patógenos infecciosos nuevos y más peligrosos.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Qué mecanismos de transposición existen en las bacterias?
En las bacterias, el proceso de desplazamiento de los elementos genéticos móviles se clasifica como recombinación replicativa o «ilegítima».
Se distingue el siguiente mecanismo:
- Principio de duplicación: durante el desplazamiento, el elemento original conserva su ubicación, mientras que una copia replicada del mismo (duplicado) se transfiere a una nueva región del genoma.
Asimismo, la duplicación de los elementos ocurre únicamente de manera pasiva, como parte constitutiva del ADN del replicón en el que están insertos, ya que no son replicones autónomos.
¿Qué enzimas aseguran el proceso de desplazamiento de los transposones?
El proceso de desplazamiento de los elementos genéticos móviles es llevado a cabo por la enzima transposasa.
Esta cumple las siguientes funciones:
- Reconocimiento de repeticiones invertidas: la enzima identifica regiones específicas en los extremos del elemento.
- Iniciación del desplazamiento: efectúa cortes de cadena sencilla en el ADN para dar inicio al proceso.
- Transposición: asegura la escisión del elemento del ADN de origen y su integración en un nuevo locus.
El gen que codifica esta enzima forma parte de la composición genética de los propios elementos móviles.
Un elemento IS es como un automóvil (transporta solo a su propio pasajero: los genes para su movimiento). Un transposon es como un camión (en el centro de su carrocería transporta además carga útil: genes de toxinas o resistencia a antibióticos).
Preguntas de clases y exámenes
¿Son capaces los elementos móviles de replicarse de forma autónoma?
No, no son replicones independientes. Su copia se realiza de forma pasiva, exclusivamente durante la duplicación de la molécula de ADN en la que se encuentran insertos.
¿Cuál es la principal diferencia funcional entre un transposon y un elemento IS?
Los elementos IS codifican únicamente enzimas para su propia migración. Los transposones portan genes estructurales adicionales que confieren a la bacteria nuevos rasgos (por ejemplo, la síntesis de toxinas).
¿Qué importancia clínica tienen los integrones?
Los integrones son capaces de capturar y acumular múltiples casetes génicos simultáneamente, lo que conduce al desarrollo de resistencia múltiple a los antibióticos en la bacteria.
Qué más repasar sobre el tema
- Estructura y mecanismo de acción de la enzima transposasa
- El proceso de recombinación replicativa e «ilegítima»
- Estructura de las repeticiones invertidas y su reconocimiento
- Mecanismo de recombinación sitio-específica en integrones
- Métodos para identificar islas de patogenicidad mediante el análisis de pares G-C
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