Bacteriofagos - Apuntes Bacteriófagos - Virologia PDF

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Información general de la biología molecular de los bacteriófagos, asi como sus mecanismos de replican, clasificación e infección ...

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Virología- Bacteriófagos Los bacteriófagos, también llamados fagos (del griego phageton, alimento/ingestión) son virus que infectan exclusivamente a bacterias, es decir células procariotas Los fagos cumplen un papel de gran importancia en la biología molecular al ser utilizados como vectores de clonado para insertar ADN dentro de las bacterias y obtener como resultado bibliotecas genómicas. Al igual que los virus que infectan a células eucariotas, los fagos están constituidos por una cubierta proteica o cápside en la cual está contenido su material genético y cuyo tamaño varía de 24 a 200 nm. La mayoría de los fagos tiene una cola que les permite inyectar el material genético en su huésped Tipos de morfología de bacteriófagos •

Cola contráctil: bacteriófago tipo T-par

•

Cola no contráctil: larga: bacteriófago T5 corta: bacteriófago T3

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Sin cola: icosaédricos: posee en la cabeza algunas subunidades de capsómeros mayores

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Sin cola: icosaédrico: sin subunidades de capsómeros mayores

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Filamentosos: bacteriófago M13

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Pleomorfico:

Genoma El genoma de los fagos pueden ser: ADN simple cadena: phi X174, fd, M13 ADN doble cadena T3, T7, lambda , T5, Mu, T2, T4 RNA simple cadena: MS2, Qß RNA doble cadena: phi 6 El 95% de los fagos conocidos poseen ADN de doble cadena como material genético Estos ácidos nucleicos pueden contener bases inusuales que son sintetizadas por proteínas del fago. En los bacteriófagos T-pares el genoma no contiene citosina sino 5'hidroximetilcitosina, mientras que en otros tipos de fagos alguna de las bases esta parcialmente sustituida.

Ciclo lítico Los procesos involucrados son: •

Adsorción

•

Inyección del material genético

•

Replicación

•

Liberación

Resultado: Nuevo grupo de partículas virales “Muerte celular”

Ciclo lisogénico Los procesos involucrados son: •

Adsorción

•

Inyección del material genético

•

Integración de ADN o ARN viral al ADN celular

•

Replicación como ADN celular (permanece latente de una generación a otra)

Resultado: “Asociación denominada lisogenia” El ADN del fago integrado es denominado Profago Bajo ciertas condiciones se activa el ADN del profago y se escinde del cromosoma de la célula huésped para iniciar el ciclo lítico

El ciclo de replicación de un bacteriófago T4 se puede dividir esquemáticamente en distintas etapas 1.

Adsorción

2.

Inyección del material genético viral

3.

Replicación del material genético viral

4.

Síntesis de las envolturas proteicas

5. Empaquetamiento del DNA dentro de la envoltura proteica y ensamblaje de la envoltura 6.

Lisis y liberación de las partículas viral

Adsorción

El virus desenrolla las fibras de la cola y se fija o adsorbe a componentes de la superficie celular que actúan como receptores específicos. •

Según la bacteria los receptores celulares pueden ser lipoproteínas o lipopolisacáridos.

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La zona de adsorción del virus es complementaria al receptor celular, por lo tanto un determinado virus sólo puede infectar un número limitado de cepas bacterianas que contengan a un determinado receptor.

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La naturaleza de la zona de adsorción varía con el tipo de fago. En el T4 se localiza en el extremo de la cola, en donde se encuentran la placa basal, las espículas y las fibras de la cola.

Inyección del material genético viral •

La cabeza, la cola y el cuello del bacteriófago no penetran, permaneciendo unidas a la pared bacteriana.

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Se produce un cambio configuracional en las proteínas de la placa basal, alguna de las cuales tienen actividad enzimática y producen un poro en la membrana citoplasmática de la célula.

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La vaina del fago se contrae y el material genético viral ingresa en la célula, mientras que la envoltura proteica queda en el exterior.

Replicación del material genético viral •

El material genético viral que ingresa en una célula contiene bases modificadas que evitan la degradación por nucleasas bacterianas. Esta modificación consiste en la glicosilación y/o metilación de algunas determinadas bases.

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En el caso del fago T4 se glucosila la base 5'-hidroximetilcitosina.

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Como el fago destruye los cromosomas de la bacteria, el ADN de ésta es hidrolizado y sus componentes aprovechados para la síntesis de ADN del fago.

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Se estima que un tercio del ADN del fago está constituido por componentes del cromosoma bacteriano.

Proteínas tempranas: Para lograr una efectiva replicación del genoma viral se deben sintetizar algunas proteínas ni bien el material genético ingresa en la célula. Estas proteínas tempranas: •

Reparan el poro de la membrana citoplasmática por donde ingresó el genoma viral

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Degradan el DNA bacteriano lo que proporciona una fuente de precursores

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Evitan la síntesis de RNA y proteínas bacterianas

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Proporcionan ribosomas para la síntesis de proteínas del fago.

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Algunas de estas proteínas tempranas participan en la síntesis de las bases inusuales

CONCATEMERO •

En el caso del fago T4, las moléculas replicadas se aparean en los extremos y forman una molécula de DNA más larga denominada concatémero. Posteriormente una enzima corta esta larga molécula lineal en moléculas más pequeñas de igual longitud.

Después de la penetración del ADN, se sigue una fase en que no existen bacteriófagos con capacidad infectante, ésta fase es denominada fase de eclipse En la fase de eclipse, los bacteriófagos están formados solo por su ADN, no son infectantes por no poseer el aparato de inoculación, y naturalmente, no presentan su forma característica. En esta fase, se dice que los bacteriófagos están bajo forma vegetativa. Síntesis de las estructuras proteicas Las proteínas de la cápside, vaina, fibras, etc. son proteínas tardías que se sintetizan después de iniciada la replicación del material genético. La síntesis de cada componente proteico se realiza separadamente. Además de la síntesis de las proteínas estructurales también se fabrican otros tipos de proteínas, como los factores de inhibición que detienen la síntesis de ADN o ARN Empaquetamiento del DNA y ensamblaje de la capside Todas las proteínas de la capside se ensamblan para formar una partícula viral madura capaz de infectar a otra célula cuando sea liberada. El ensamble de los bacteriófagos después de la síntesis del ADN y de las proteínas ocurre espontáneamente, sin gasto de energía. En el caso de los bacteriófagos T2, la organización de nuevos fagos es debida a la actividad de tres líneas de ensamblaje: -

una forma las cabezas que contienen ADN rodeado por los capsómeros

-

otra forma las colas

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y la tercera forma las fibras de las colas.

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Finalmente, las tres partes –cabeza, cola y fibras de la cola- se reúnen para constituir los bacteriófagos.

Mezcla de fenotipos -

Cuando se infecta una misma bacteria con dos fagos diferentes, como el ensamblaje ocurre al azar, aparecen viriones con el ADN y los capsómeros de la cabeza de uno de los fagos y la cola con la proteína del otro fago. Este fenómeno, que produce fagos mixtos, es llamado mezcla de fenotipos.

-

La mezcla de fenotipos solo tiene lugar cuando los fagos, a pesar de ser diferentes, están emparentados, es decir, cuando las diferencias entre ellos no son grandes.

Lisis y liberación de las partículas virales -

Mientras que los componentes de los bacteriófagos son sintetizados, los fagos van siendo ensamblados, y cuando su número va alcanzando cierto valor, la célula bacteriana se rompe y los bacteriófagos son lanzados al medio externo.

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Hasta que eso ocurra, todos los fagos están en el interior de las bacterias. Por eso, el intervalo de tiempo que va desde la penetración del bacteriófago en las células hasta su liberación en el medio de cultivo es llamado periodo latente.

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La pared bacteriana no permite la salida de los fagos, pero éstos codifican la síntesis de lisozima, enzima que ataca y destruye la pared de la bacteria. De este modo, los fagos salen de las bacterias.

Replicación lisogénica de bacteriófagos Los procesos involucrados son: •

Adsorción

•

Inyección del material genético

•

Integración de ADN o ARN viral al ADN celular

•

Replicación como ADN celular (permanece latente de una generación a otra)

Resultado: “Asociación denominada lisogenia” El ADN del fago integrado es denominado Profago Replicación Lisogénica - PROFAGO Poco tiempo después de que fueron descubiertos los fagos, se aislaron cepas bacterianas que parecían ser portadoras silenciosas de ciertos tipos de fagos. Los líquidos obtenidos a partir de cultivos de estas cepas portadoras mostraban la presencia de fagos; sin embargo, las cepas portadoras no eran sensibles a ser destruidas por el fago que portaban. Las cepas de bacterias portadoras de fagos silenciosos o latentes fueron denominadas cepas lisogénicas o bacterias lisogenicas. Por lo tanto, en la lisogenia “Los bacteriófagos pueden multiplicarse por un proceso completamente diferente a la multiplicación lítica y que no provoca la destrucción de la célula hospedera”. En la multiplicación lisogénica, el ADN del fago se une a ciertos dominios del cromosoma de la bacteria y se multiplica conjuntamente con el cromosoma, pasando a las bacterias hijas. El bacteriófago que está bajo esa forma es llamado profago.

Algunos agentes físicos o químicos, que actúan sobre los ácidos nucleicos y son cancerígenos, como los rayos X y la mostaza nitrogenada (mecloretamina), inducen a los profagos a hacerse virulentos, causando la destrucción de las bacterias portadoras del fago temperado. “La transformación de profago en fago virulento se llama inducción” Muchas veces, el profago al separarse del cromosoma para entrar en ciclo lítico, el ADN del profago lleva unido un pedazo del cromosoma de la bacteria. Este fago, al unirse al cromosoma de otra bacteria, introduce en ésta la información hereditaria traída de la otra bacteria. “Por lo tanto, el profago es una molécula de ADN que puede existir y duplicarse a veces en forma aislada, o a veces como parte de un cromosoma” Muchas veces, el propio ADN del fago (profago) unido al cromosoma bacteriano, confiere a la bacteria un nuevo rasgo fenotípico. Ese fenómeno se llama conversión lisogénica. Transducción La transducción fue cronológicamente el último sistema de transferencia genética bacteriana que se descubrió. Existen dos tipos de transducción: •

Transducción generalizada

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Transducción especializada

La transducción se puede definir como el proceso de transferencia genética desde una célula donadora a otra receptora mediatizado por partículas de bacteriófagos que contienen ADN genómico de la primera. Transducción generalizada •

La transducción generalizada se produce sólo como consecuencia de infecciones líticas.

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El ADN del genoma de la bacteria donadora que es introducido en la partícula transductora suele ir sin acompañamiento de ADN del propio fago.

Transducción especializada •

Se produce únicamente como consecuencia de la inducción de la célula lisogénica por escisión del profago y consiguiente entrada a fase lítica, productora de nuevas partículas de fago;

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Sólo se transfieren marcadores cromosómicos cercanos al sitio de integración del ADN del fago (profago) en la célula lisogénica;

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El ADN genómico de la bacteria transportado por la partícula transductora va unido a ADN del fago;

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La célula transductante se suele convertir en lisogénica para el fago correspondiente....