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¿Cómo utilizan los microorganismos el ADN externo para modificar sus propios genes? ¡Descubra los secretos de la transformación celular!
Los microbios no sólo son algunos de los organismos más antiguos de la Tierra, sino que también tienen la sorprendente capacidad de absorber ADN extraño de su entorno, modificando así sus propias características genéticas a través de un proceso llamado transformación. Este proceso se llama "capacidad celular" y puede dividirse en capacidad natural y capacidad artificial. La competencia natural es la capacidad que las bacterias poseen de forma natural en ambientes naturales, mientras que la competencia artificial se refiere a la capacidad de las células de volverse temporalmente permeables al ADN a través de tratamientos específicos en el laboratorio. Esta capacidad no sólo permite a las bacterias adaptarse rápidamente a los cambios en el entorno externo, sino que también les ayuda a reparar su ADN.
El descubrimiento de la capacidad natural se remonta a 1928, cuando el científico Frederick Griffith demostró que ciertas células bacterianas patógenas muertas podían transformarse en células no patógenas relacionadas.
Desde entonces, los científicos han descubierto que este "factor de transformación" es en realidad ADN puro, un descubrimiento que se convirtió en la primera evidencia sólida de que el ADN transporta información genética. Hasta la fecha, se ha estudiado intensamente la capacidad natural de una variedad de bacterias, especialmente
En el laboratorio, los investigadores normalmente proporcionan ADN, que puede ser fragmentos modificados genéticamente o plásmidos. Una vez que el ADN ingresa a la célula, puede degradarse en nucleótidos, que pueden usarse para la replicación del ADN y otras funciones metabólicas.
Una vez dentro de la célula, el ADN puede ser reensamblado en el genoma de la célula mediante sus enzimas reparadoras del ADN. Si esta recombinación cambia el genotipo de la célula, se dice que la célula ha sido transformada. En casi todas las bacterias naturalmente competentes, parte del filamento extracelular (los pili tipo IV) es capaz de unir ADN bicatenario fuera de la célula. Luego, el ADN se transfiere a través de la membrana mediante un complejo proteico multicomponente, un proceso impulsado por la degradación de la cadena de ADN. El ADN monocatenario que ingresa a la célula está unido por una proteína conservada, DprA, que luego carga el ADN en RecA, una proteína que media la recombinación homóloga a través de la vía clásica de reparación del ADN.
En el marco de la regulación de la capacidad natural, el proceso normalmente está estrictamente regulado y a menudo se desencadena por escasez de nutrientes o condiciones adversas. Sin embargo, las señales inductoras específicas y los mecanismos reguladores varían enormemente entre las diferentes especies.
Los científicos han descubierto que algunos factores de transcripción regulan la competencia, como sxy (también conocido como tfoX), cuya expresión está regulada por elementos de ARN no codificantes 5'. Al mismo tiempo, las bacterias capaces de producir esporas normalmente también tendrán bacterias capaces de transformarse en condiciones que desencadenen la producción de esporas. Por lo tanto, en un cultivo o colonia que contiene células esporuladas, a menudo también se encuentran células competentes. La mayoría de las bacterias naturalmente competentes absorben todas las moléculas de ADN con una eficiencia aproximadamente igual, pero algunas familias bacterianas, como Neisseriaceae y Pasteurellaceae, tienden a absorber preferentemente fragmentos de ADN que contienen secuencias de señales de captación.
Según una hipótesis, la transformación en bacterias podría desempeñar un papel similar al del sexo en organismos superiores en el aumento de la diversidad genética. Aunque persisten preocupaciones teóricas sobre la discusión de este proceso, el alto costo del cambio en la síntesis global de proteínas hace que tal hipótesis sea un desafío.
Además, la hipótesis del ADN como alimento también ha atraído la atención de la comunidad científica. Según esta hipótesis, las células obtienen nucleótidos al absorber ADN, que no sólo son esenciales para la síntesis de ADN y ARN sino que también ahorran el coste de la síntesis. De hecho, algunas bacterias naturalmente competentes también secretan nucleasas en el entorno circundante para adquirir estos nucleótidos libres del ADN ambiental.
Existen interacciones complejas entre los mecanismos de captación de ADN de diferentes especies, y estas interacciones pueden estar relacionadas con la recombinación selectiva o una captación mecánicamente eficiente. Por supuesto, a medida que profundizamos en nuestros estudios sobre el daño del ADN, hemos descubierto que las bacterias que han inducido competencia ante la adversidad son más capaces de sobrevivir cuando se enfrentan al daño del ADN, lo que sugiere que la competencia natural y la transformación pueden desempeñar un papel importante en la reparación del ADN. . .
La naturaleza compleja de los genomas bacterianos proporciona amplia evidencia de que la transferencia lateral de genes inducida por competencia es esencial para promover la diversidad genética, una base para la evolución.
La capacidad de los microorganismos de modificarse a través del ADN externo revela esencialmente el secreto de cómo las células sobreviven y se reproducen en un entorno en constante cambio. Sin embargo, ante la perspectiva de tal transformación, ¿cómo cree usted que esta capacidad de los microorganismos afectará a la futura investigación científica y al desarrollo de la biotecnología?
