Funciones de los plásmidos y sus rasgos fenotípicos
Aunque una bacteria es capaz de sobrevivir y multiplicarse sin plásmidos, su presencia le otorga al microorganismo ventajas significativas en la lucha por la existencia. Los plásmidos codifican una serie de propiedades importantes:
- Resistencia: capacidad de resistir la acción de los medicamentos antibacterianos.
- Patogenicidad: producción de toxinas, factores de adhesión y otras moléculas de virulencia que ayudan a causar enfermedades.
- Antagonismo: producción de bacteriocinas (por ejemplo, colicinas) que inhiben el crecimiento de microorganismos competidores.
- Características metabólicas: capacidad de fermentar o descomponer moléculas orgánicas complejas.
- Sistemas de defensa: síntesis de enzimas de restricción y modificación que protegen el ADN.
Replicación, número de copias y compatibilidad
El proceso de duplicación del ADN plasmídico se lleva a cabo de forma independiente del cromosoma bacteriano, aunque utiliza la maquinaria enzimática de la propia célula hospedadora.
Según el mecanismo de control de la replicación, se distinguen dos tipos de plásmidos:
- De control estricto: su duplicación está sincronizada con el ciclo de división cromosómica. Como resultado, se mantiene un bajo número de copias en la célula (solo de 1 a 2 copias del plásmido).
- De control relajado: se replican de manera relativamente libre, por lo que su número de copias es alto y puede alcanzar de 10 a 200 unidades por bacteria.
Un concepto importante es la compatibilidad de los replicones. Dos plásmidos diferentes se consideran incompatibles y no pueden coexistir de manera estable en la misma célula si sus mecanismos de regulación de la replicación son muy similares (comienzan a competir). Si los mecanismos de control son diferentes, los plásmidos son compatibles y pueden encontrarse en el citoplasma simultáneamente.
Transferencia horizontal (Transmisibilidad)
Los plásmidos desempeñan un papel fundamental en el intercambio de información genética entre bacterias. Según su capacidad de transferencia, se dividen en dos grupos:
- Transmisibles (conjugativos): suelen ser moléculas de ADN grandes que contienen un operón tra especial. Estos genes son responsables de la síntesis de pelos sexuales y de la formación del puente de conjugación, a través del cual se transfiere una copia del plásmido a la célula receptora.
- No transmisibles (movilizables): plásmidos pequeños sin operón tra. No son capaces de transferirse por sí solos. Su transferencia es posible (movilización) únicamente si en la misma célula está presente un plásmido transmisible que proporcione su maquinaria para la conjugación.
Importancia médica de los plásmidos
En la práctica clínica, la presencia de plásmidos en las bacterias determina la gravedad de la infección y la complejidad de su tratamiento.
- Plásmidos R (de Resistance): portan genes de enzimas que inactivan los antibióticos. La adquisición de dicho plásmido puede hacer que la bacteria sea resistente a múltiples clases de fármacos simultáneamente. Son precisamente los plásmidos R, al ser frecuentemente transmisibles, los responsables de la rápida propagación de la multirresistencia a los medicamentos y del desarrollo de patógenos causantes de infecciones intrahospitalarias.
- Plásmidos de patogenicidad: determinan factores de virulencia. Son característicos de los agentes causantes de la peste, el ántrax, la disentería (Shigella), la yersiniosis y la borreliosis. En la bacteria intestinal (E. coli) se identifican, por ejemplo, el plásmido Ent (responsable de la enterotoxina) y el plásmido Hly (síntesis de hemolisina).
- Bacteriocinogénicos (por ejemplo, plásmidos Col): codifican toxinas contra bacterias de otras cepas, proporcionando una ventaja en la ocupación de nichos ecológicos.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Qué tipos de plásmidos de patogenicidad se identifican en la bacteria intestinal (E. coli) y cuáles son sus funciones?
En la bacteria intestinal (Escherichia coli) se identifican plásmidos de patogenicidad específicos que codifican la síntesis de factores de virulencia.
- Plásmido Ent: determina la síntesis de enterotoxina.
- Plásmido Hly: determina la síntesis de hemolisina.
Asimismo, en E. coli se encuentra el plásmido Col, responsable de la bacteriocinogenia. Codifica la síntesis de colicinas, sustancias que matan bacterias de otras cepas o especies emparentadas, lo que otorga a las bacterias portadoras una ventaja competitiva en la colonización de nichos ecológicos.
¿Cuál es el mecanismo de acción de las enzimas de restricción y modificación codificadas por los plásmidos?
El mecanismo de acción de estas enzimas consiste en proteger a la célula bacteriana frente al material genético extraño mediante su destrucción o modificación.
- Endonucleasas (enzimas de restricción): degradan el ADN extraño que ha penetrado en la célula. Permiten cortar las moléculas de ADN en fragmentos en sitios estrictamente específicos.
- Metilasas (enzimas de modificación): modifican el ADN penetrado, haciéndolo resistente a la acción destructiva de las endonucleasas.
¿Qué clases de antibióticos son inactivadas con mayor frecuencia por las enzimas codificadas en los plásmidos R?
Los plásmidos R contienen genes que codifican enzimas capaces de destruir o inactivar medicamentos antibacterianos, y con frecuencia confieren resistencia a múltiples familias de antibióticos de manera simultánea.
La inactivación enzimática se señala como el mecanismo clave de resistencia para:
- betalactámicos;
- tetraciclinas;
- macrólidos;
- cloranfenicol.
Asimismo, entre los principales grupos de enzimas que inactivan los antibióticos se encuentran:
- β-lactamasas — destruyen el anillo β-lactámico;
- enzimas modificadoras de aminoglucósidos;
- cloranfenicol acetiltransferasa.
Los genes de tales enzimas pueden localizar tanto en el cromosoma como en los plásmidos.
¿Qué es el plásmido F (factor F) y cuál es su función en la conjugación?
El plásmido F (plásmido de fertilidad) es un elemento genético extracromosómico con una masa molecular de aproximadamente $60 \cdot 10^6$ Da, que controla el proceso de conjugación. Su función es la siguiente:
- Codifica la síntesis de pili sexuales (pili F) en las células donantes, necesarios para la transferencia de material genético.
- En estado autónomo, asegura su propia transferencia a células sin plásmidos.
- En estado integrado en el cromosoma (en cepas Hfr), inicia la transferencia dirigida de los genes cromosómicos del donante a la célula receptora, mientras que el propio plásmido transmisible se transfiere a esta última, cerrando el ciclo.
Preguntas de clases y exámenes
¿Cuál es la diferencia entre un episoma y un plásmido común?
Un episoma es un plásmido capaz de integración reversible. Puede encontrarse de forma autónoma en el citoplasma o integrarse en el cromosoma bacteriano y replicarse junto con él como un replicón único.
¿Cómo protegen los plásmidos R a la bacteria contra los antibióticos?
Contienen genes en cuya matriz se sintetizan enzimas capaces de destruir o inactivar químicamente las moléculas de medicamentos antibacterianos.
¿Qué es el operón tra y para qué sirve?
Es un complejo de genes presente en los plásmidos conjugativos. Codifica el aparato de transferencia (incluyendo los pili sexuales) necesario para la transferencia de ADN de una bacteria a otra.
Qué más repasar sobre el tema
- Mecanismos de replicación del ADN en procariotas
- El proceso de conjugación bacteriana
- Enzimas de restricción y modificación
- Tipos de toxinas bacterianas y factores de virulencia
- Uso de plásmidos como vectores en ingeniería genética
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