Mutaciones Bacterianas y Selección

Las mutaciones son cambios heredables en la secuencia de ADN, y en las bacterias surgen espontáneamente durante el crecimiento, independientemente de si el cambio resulta ser útil. Cuando el entorno favorece a las células que portan una variante particular, la selección aumenta su frecuencia en la población, que es como las bacterias se adaptan, incluyendo la adquisición de resistencia a los antibióticos.

Definition

Una mutación bacteriana es un cambio heredable en la secuencia genómica de una bacteria; la selección es la supervivencia y reproducción diferencial de las células según los rasgos que sus genotipos confieren en un entorno dado.

Scope

Este tema abarca el origen y los tipos de mutación bacteriana, la evidencia clásica de que las mutaciones son preexistentes en lugar de dirigidas, cómo actúa la selección en las poblaciones bacterianas y los mecanismos que modulan la tasa de mutación. Es una descripción general de referencia de los mecanismos genético-poblacionales y no proporciona instrucciones clínicas.

Core questions

• ¿Surgen las mutaciones bacterianas antes, o en respuesta a, un agente selector?
• ¿Qué tipos de mutación ocurren y qué mecanismos las generan?
• ¿Cómo cambia la selección la frecuencia de una variante en una población bacteriana?
• ¿Cómo se regula la tasa de mutación y puede el estrés aumentarla?

Key concepts

• Mutación espontánea
• Mutaciones puntuales, inserciones y deleciones
• Prueba de fluctuación
• Mutación preexistente versus dirigida
• Selección positiva y negativa
• Tasa de mutación y cepas mutadoras
• Mutación inducida por estrés y adaptativa
• Loci de contingencia y variación de fase

Key theories

Mutación preexistente aleatoria (Luria-Delbruck)

El análisis de fluctuación demostró que el número de células resistentes varía ampliamente entre cultivos paralelos, lo cual se espera solo si las mutaciones de resistencia ocurren aleatoriamente durante el crecimiento antes de la exposición, y no como una respuesta dirigida al agente selector.

Mechanisms

Las mutaciones surgen de errores de replicación, cambios químicos espontáneos en el ADN y la acción de elementos móviles, produciendo sustituciones puntuales, inserciones, deleciones y reordenamientos. La prueba de fluctuación de Luria-Delbruck estableció que tales mutaciones ocurren aleatoriamente durante el crecimiento, independientemente del agente selector, de modo que la selección actúa sobre la variación que ya existe en la población. La selección luego enriquece las variantes ventajosas y elimina las deletéreas. El suministro de mutaciones no es uniforme: las cepas mutadoras con reparación defectuosa elevan la tasa general, ciertos loci de contingencia con repeticiones de secuencia simple mutan con alta frecuencia para permitir la variación de fase reversible, como describen Moxon y sus colegas, y las respuestas al estrés pueden elevar transitoriamente la mutación, un fenómeno que Rosenberg revisa bajo el concepto de mutación adaptativa. Juntos, estos procesos permiten que las poblaciones bacterianas generen y fijen cambios heredables.

Clinical relevance

La mutación espontánea seguida de selección es una vía central para la resistencia antimicrobiana, y la variación de la tasa de mutación y la variación de fase contribuyen a la persistencia y la evasión inmunitaria. Esta entrada explica cómo se genera y selecciona la variación y no es una guía para la terapia.

History

El experimento de Luria-Delbruck de 1943 resolvió una cuestión de larga data al demostrar que las mutaciones bacterianas son espontáneas y preexistentes en lugar de inducidas por selección, un resultado honrado con una parte del Premio Nobel y fundamental para la genética de poblaciones bacterianas. Trabajos posteriores sobre fenotipos mutadores, loci de contingencia y mutación inducida por estrés, revisados por Moxon y por Rosenberg, refinaron la comprensión de cómo se configura el propio suministro de mutaciones.

Debates

¿Existe un mecanismo de mutación 'adaptativa' o inducida por estrés distinto y regulado?

Algunos experimentos sugieren que el estrés puede elevar transitoriamente la mutación de maneras que aumentan la probabilidad de un cambio útil, pero se sigue debatiendo cuán dirigido o generalizado es esto, y cómo encaja con el marco de la mutación aleatoria.

Key figures

• Salvador Luria
• Max Delbruck
• Susan Rosenberg
• Richard Moxon

Seminal works

• luria-delbruck-1943
• rosenberg-2001
• moxon-2006

Frequently asked questions

¿Mutan las bacterias en respuesta a los antibióticos?

La evidencia clásica muestra que las mutaciones de resistencia surgen espontáneamente durante el crecimiento antes de que se encuentre el antibiótico; el antibiótico luego selecciona las células ya resistentes en lugar de causar la mutación específica.

¿Qué es una cepa mutadora?

Una cepa mutadora tiene una tasa de mutación superior a la normal, generalmente porque una función de reparación o corrección de pruebas del ADN es defectuosa, lo que puede acelerar la adaptación pero también acumular mutaciones dañinas.