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Plásmidos Función y Tipos

Plásmidos

Los plásmidos son pequeñas moléculas circulares de ADN que son capaces de replicarse independientemente. Como tal, no dependen del ADN cromosómico del organismo para la replicación. Debido a esta característica, también se les conoce como ADN extracromosómico.

Aunque la molécula se descubrió por primera vez en un miembro de las enterobacterias, los estudios han demostrado que los plásmidos se producen naturalmente en muchos tipos de microorganismos en todo el mundo.

Aunque ha habido debates sobre si los plásmidos pueden considerarse como microorganismos, al menos utilizando la definición de virus propuesta, vale la pena señalar que el término “plásmido” se utiliza en gran medida para referirse a elementos genéticos que existen fuera del cromosoma (en el ADN del organismo) y son capaces de replicarse independientemente.

Estructura

Plásmidos 1 500x214 - Plásmidos Función y Tipos
Con respecto a la estructura, los plásmidos están formados por cadenas dobles circulares de ADN. La estructura circular de los plásmidos es posible gracias a que los dos extremos de las cadenas dobles se unen mediante enlaces covalentes. Las moléculas también son de tamaño pequeño, especialmente en comparación con el ADN de los organismos, y miden entre unas pocas kilobases y varios cientos de kilobases.

Aunque un buen número de plásmidos tienen una estructura circular cerrada covalentemente, algunos plásmidos tienen una estructura lineal y no forman una forma circular.

En general, los plásmidos se componen de tres componentes principales que incluyen:

Origen de la replicación (replicón) : el origen de la replicación (ori) se refiere a una ubicación específica en la cadena en la que comienza la replicación. Para los plásmidos, esta ubicación se compone principalmente de pares de bases AT que son más fáciles de separar durante la replicación.

En comparación con el ADN de los organismos que consta de muchos orígenes de replicación, los plásmidos tienen uno de los pocos orígenes de replicación porque son de menor tamaño. En el origen de la replicación, los plásmidos también contienen varios elementos reguladores que contribuyen al proceso (por ejemplo, proteínas Rep)

Tipos y funciones de plásmidos

Plásmidos 5 - Plásmidos Función y Tipos

También conocidos como plásmidos de resistencia a los antimicrobianos, los plásmidos de resistencia son un tipo de plásmidos que transportan genes que juegan un papel importante en la resistencia a los antibióticos. También están muy involucrados en la conjugación bacteriana al producir pili de conjugación que transfieren el plásmido R de una bacteria a otra.

Los plásmidos de resistencia se dividen en dos grupos principales que incluyen:

Grupo de rango de host estrecho : a menudo se replica dentro de una sola especie.

Grupo de amplio rango de hospedadores : se transfiere fácilmente entre especies de bacterias. Se ha demostrado que este grupo de plásmidos de resistencia tiene una variedad de genes de resistencia a antibióticos. Después de la transferencia de genes de resistencia a antibióticos a bacterias sensibles a los medicamentos, esto puede hacer que las bacterias desarrollen resistencia a una variedad de medicamentos.


Plásmidos Degradativos


En comparación con otros tipos de plásmidos, los plásmidos degradativos permiten al organismo huésped degradar / descomponer los compuestos xenobióticos. También conocidos como sustancias recalcitrantes, los compuestos xenobióticos incluyen una gama de compuestos liberados al medio ambiente como resultado de acciones humanas y, por lo tanto, no son de origen natural o de naturaleza común.

Los hospedadores de plásmidos degradantes se encuentran en los grupos IncP-1, IncP-7 e IncP-9 e incluyen especies como Ochrobactrum anthropi, Rhizobium sp, Burkholderia hospita, Escherichia coli y Pseudomonas fluorescens, entre muchos otros.

Debido a la capacidad del huésped para degradar los compuestos xenobióticos , los investigadores han intentado utilizar los plásmidos para degradar diversas sustancias contaminantes en el medio ambiente. Sin embargo, dado que esto no ha demostrado ser efectivo, se continúan realizando estudios de investigación para determinar cómo usar diversas bacterias indígenas (como huéspedes de plásmidos degradantes) para la degradación de dichos compuestos.

Si bien los plásmidos degradativos contribuyen a la degradación de los compuestos xenobióticos, su comportamiento varía según una serie de factores, como la capacidad de replicación y la estabilidad. Por ejemplo, los plásmidos encontrados en el grupo IncP-1 no solo han demostrado tener un amplio rango de huéspedes, sino también una alta frecuencia de transferencia.

Por lo tanto, se ha demostrado que las diferencias en el comportamiento de diferentes plásmidos degradativos dan como resultado comportamientos diferentes entre ellos y sus respectivos huéspedes.

* El uso de microorganismos biodegradativos con el propósito de eliminar compuestos xenobióticos de ambientes contaminados se conoce como bioaugmentación.

* Mientras que los plásmidos IncP-1 tienen una amplia gama de hospedadores, se ha demostrado que IncP-7 tiene un estrecho rango de hospedadores. Por otro lado, IncP-9 tiene un rango de host intermedio.

Plásmidos de fertilidad

Plásmidos 4 - Plásmidos Función y Tipos
Al igual que muchos otros plásmidos, los plásmidos de fertilidad (plásmido F) tienen una estructura circular y mide aproximadamente 100 kb.

Algunas de las partes principales del plásmido F incluyen:

  • Elemento transponible (IS2, 1S3 y Tn1000)
  • Sitios de replicación (RepFIA, RepFIB y RepFIC)
  • Origen de la transferencia conjugativa (oirT)
  • Regiones de origen de replicación


El plásmido F desempeña un papel importante en la reproducción dado que contienen genes que codifican la producción de pilus sexual, así como las enzimas necesarias para la conjugación. El plásmido F también contiene genes que participan en su propia transferencia. Por lo tanto, durante la conjugación, mejoran su propia transferencia de una célula a otra.

Mientras que las células que procesan los plásmidos F se denominan donantes, las que carecen de este factor son los receptores. Por otro lado, los plásmidos que mejoran la capacidad de la célula huésped para comportarse como un donante se conocen como el factor de transferencia.

Durante la conjugación, la célula donante (bacteria) con pili sexual (1-3 pili sexuales) se une a una proteína específica en la membrana externa del receptor, iniciando así el proceso de apareamiento.

Después de la unión inicial, los pili se retraen permitiendo que las dos células se unan. Esto es seguido por la transferencia de ADN del donante al receptor y, en consecuencia, la transferencia del plásmido F. Como resultado, el receptor adquiere el factor F y gana la capacidad de producir pilus sexuales involucrados en la conjugación.

* Durante la conjugación, solo el ADN pasa del donante al receptor. Por lo tanto, el citoplasma y otros materiales celulares no se transfieren.

* Los pili sexuales (pili sexuales) son pequeñas estructuras en forma de bastón que permiten que las células bacterianas F-positivas (células que tienen el factor F) se unan a la hembra F-negativa (células que carecen de pili) para promover la transferencia conjugativa.

Col Plásmidos


Los plásmidos de col confieren a las bacterias la capacidad de producir proteínas tóxicas conocidas como colicinas. Tales bacterias como E. coli , Shigella y Salmonella usan estas toxinas para matar otras bacterias y así prosperar en sus respectivos entornos.

Existen diferentes tipos de plásmidos de Col que producen diferentes tipos de colicinas / colicinas. Algunos ejemplos de plásmidos Col incluyen Col B, Col E2 y E3. Sus diferencias también se caracterizan por diferencias en su modo de acción.

Por ejemplo, mientras que Col B causa daño a la membrana celular de otras bacterias (sin el plásmido), se ha demostrado que Col E3 induce la degradación de los ácidos nucleicos de las células diana.

Al igual que los plásmidos de fertilidad, se ha demostrado que algunos de los plásmidos Col tienen elementos que mejoran su transmisión de una célula a otra. Por lo tanto, a través de la conjugación o el proceso de apareamiento, particularmente para las células con el factor F (plásmidos de fertilidad), los plásmidos Col se pueden transferir de una célula (donante) a otra (receptor). Como resultado, el receptor adquiere la capacidad de producir toxinas que matan o inhiben el crecimiento de las bacterias objetivo que carecen del plásmido.

* Las colicinas / colicinas pertenecen a un grupo de toxinas conocidas como bacteriocinas.

* Estas toxinas afectan a las bacterias objetivo al afectar procesos como la replicación del ADN, la traducción y el metabolismo energético, entre otros.

Plásmidos de virulencia


En comparación con otras bacterias inofensivas, las bacterias que tienden a ser de naturaleza patógena tienen genes de factores de virulencia que les permiten invadir e infectar a sus respectivos huéspedes.

Para algunas de estas bacterias, los factores de virulencia son el resultado del propio material genético de los organismos. Sin embargo, para otros, esto se debe a elementos genéticos del ADN extracromosómico. Aunque existen otras fuentes de tales elementos, por ejemplo, transposones, los plásmidos son algunos de los elementos genéticos móviles más comunes.

Con respecto a la patogenicidad, los plásmidos de virulencia juegan un papel importante dado que pueden ayudar a las bacterias a adaptarse eficazmente a sus respectivos entornos. Esto se debe a que el plásmido de virulencia puede permitir que el organismo exprese una serie de funciones asociadas a la virulencia, proporcionando así al organismo características más ventajosas para prosperar en su entorno.

Al igual que otros tipos de plásmidos, los plásmidos de virulencia también se pueden transmitir de una bacteria a otra. Además del gen de virulencia, los plásmidos también han demostrado tener otros elementos importantes que mejoran la transmisión y el mantenimiento.

Por esta razón, son más grandes en tamaño pero bajos en número. Esto asegura que no causen una carga adicional al organismo durante la división celular.

Típicamente, la división celular y el mantenimiento celular requieren el uso de energía. Al tener un bajo número de plásmidos de virulencia, las células se ahorran una carga metabólica significativa que sería necesaria para el mantenimiento y la duplicación del genoma de numerosos plásmidos.

Algunos de los otros tipos de plásmidos incluyen:

  • Plásmidos recombinantes: plásmidos que han sido alterados en el laboratorio e introducidos en la bacteria para fines de estudios.
  • Plásmidos crípticos: no se conocen funciones
  • Plásmidos metabólicos: mejoran el metabolismo del huésped
  • Plásmidos conjugativos: promueven la auto transferencia
  • Plásmidos suicidas: no se replican cuando se transfieren de una célula a otra

Vector de plásmido


Un vector se refiere a cualquier pieza de molécula que contiene material genético que puede replicarse y expresarse cuando se transfiere a otra célula. En base a esta definición, es posible ver por qué las palabras “vector” y “plásmidos” a veces se intercambian. Sin embargo, esto no quiere decir que todos los plásmidos sean vectores.

Una de las características principales de los vectores plasmídicos es que son de tamaño pequeño. Además de su tamaño, se caracterizan por un origen de replicación, un marcador selectivo y múltiples sitios de clonación.

Los vectores plasmídicos ideales tienen altos números de copias dentro de la célula. Como tal, asegura un alto número del gen objetivo para fines de clonación. Esto también asegura que el gen de interés se incremente durante la división genómica. Además, el plásmido puede tener un gen marcador como marcador visual para ayudar a determinar si la clonación fue exitosa.

Debido a sus múltiples sitios de clonación, se ha demostrado que los plásmidos son algunos de los mejores vectores para la clonación. Debido a esta característica, es posible que las enzimas de restricción corten varias regiones del plásmido para la clonación.

Con los años, el uso de estos vectores ha permitido que el ADN recombinante se introduzca en las células huésped para fines de estudio. Por ejemplo, a través de este tipo de clonación, ha sido posible para los investigadores secuenciar el genoma de una variedad de especies, estudiar la expresión de genes e incluso observar varios mecanismos celulares.

* Si bien los plásmidos más pequeños son capaces de transportar segmentos de ADN largos, el tamaño reducido también puede ayudar a eliminar genes no esenciales que no son necesarios para la clonación.

Aislamiento de plásmidos


Para obtener ADN plasmídico purificado para procedimientos tales como clonación, PCR y transfección, se debe realizar el aislamiento plasmídico. El proceso implica el uso de una serie de técnicas para obtener el ADN plasmídico de las células huésped para usarlo en biología molecular.

El aislamiento del plásmido implica los siguientes pasos:

Crecimiento celular (crecimiento de células bacterianas) : esto implica el crecimiento de las bacterias que contienen plásmidos en un cultivo específico agitado. Aquí, se pueden usar antibióticos para prevenir el crecimiento de otras bacterias no deseadas.

Centrifugación : el crecimiento bacteriano es seguido por centrifugación para sedimentar las células. Una vez que se ha eliminado el sobrenadante, puede comenzar el aislamiento de los plásmidos.

Una de las técnicas más comunes para el aislamiento es el método clásico que a veces se denomina lisis alcalina.

Esto implica los siguientes pasos:

  • Suspensión del sedimento en una solución isotónica: el sedimento bacteriano obtenido de la centrifugación se resuspende en una solución isotónica (tetraacetato de etilendiamina) que impide la actividad nucleasa
  • Lisis alcalina de las células: esto implica la lisis celular mediante el uso de dodecil sulfato de sodio para desintegrar la estructura lipídica en la membrana celular
  • Precipitación de proteínas disueltas utilizando una solución de acetato de potasio ácido.
  • Sedimentación: la centrifugación se utiliza para la sedimentación.
  • Purificación: se utiliza una mezcla de fenol y cloroformo para la purificación del ADN plasmídico. Este paso elimina el contenido de proteínas.
  • Agregue etanol para precipitación (para ser sedimentado por centrifugación)
  • Lave la solución con etanol al 70 por ciento (para eliminar el contenido de sal)
  • Centrifugar para sedimentar el ADN plasmídico
  • Disolver en solución TE y almacenar
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Los flagelos bacterianos de cuerda permiten el movimiento - Plásmidos Función y Tipos
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Plásmidos Distribución
Descripción
Los plásmidos se distribuyen verticalmente a las células hijas después de la división de la célula huésped. También se pueden transferir horizontalmente entre diferentes cepas de células procariotas, durante un proceso llamado conjugación bacteriana.
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