Transferencia Horizontal de Genes

La transferencia horizontal de genes es el movimiento de material genético entre bacterias por vías distintas a la herencia de padres a hijos. Mediante la transformación, la transducción y la conjugación, las bacterias pueden adquirir genes completos o grupos de genes de células no relacionadas, lo que les permite obtener nuevas características, como la resistencia a los antibióticos o la virulencia, mucho más rápido de lo que permitiría la mutación por sí sola.

Definition

La transferencia horizontal (o lateral) de genes es la adquisición de material genético por una bacteria de otra célula por una vía distinta a la herencia vertical, principalmente a través de la transformación, la transducción o la conjugación.

Scope

Este tema abarca las tres rutas clásicas de transferencia génica bacteriana, los elementos móviles que las median, las barreras que limitan la transferencia y las consecuencias evolutivas de la adquisición de ADN extraño. Se aborda el tema como una referencia mecanicista y evolutiva, no como una guía clínica.

Core questions

• ¿Cuáles son los principales mecanismos por los cuales el ADN se mueve horizontalmente entre bacterias?
• ¿Qué elementos genéticos móviles transportan genes entre células?
• ¿Qué barreras restringen la captación y la incorporación estable de ADN extraño?
• ¿Cómo moldea la transferencia horizontal la evolución bacteriana y la propagación de la resistencia?

Key concepts

• Transformación (captación de ADN libre)
• Transducción (transferencia mediada por fagos)
• Conjugación (transferencia célula a célula)
• Elementos genéticos móviles
• Elementos integrativos y conjugativos
• Plásmidos conjugativos
• Barreras a la transferencia (restricción-modificación, CRISPR)
• Plasticidad e innovación genómica

Mechanisms

La transferencia horizontal de genes se produce por tres rutas clásicas, revisadas por Thomas y Nielsen. En la transformación, una célula competente capta ADN libre de su entorno. En la transducción, un bacteriófago empaqueta y entrega ADN bacteriano a un nuevo hospedador. En la conjugación, el ADN se transfiere directamente de un donante a un receptor a través del contacto célula a célula, impulsado típicamente por plásmidos conjugativos y elementos integrativos y conjugativos, según lo descrito por Smillie y colaboradores y por Wozniak y Waldor. El ADN adquirido debe entonces evadir las barreras del hospedador, incluidos los sistemas de restricción-modificación y las defensas CRISPR, y mantenerse de forma estable, ya sea por recombinación en el cromosoma o como un replicón autónomo. Ochman y sus colaboradores argumentaron que dicha transferencia de módulos funcionales preensamblados es una fuente importante de innovación bacteriana y explica gran parte de la variación del contenido génico observada en los genomas.

Clinical relevance

La transferencia horizontal de genes es un mecanismo principal por el cual los genes de resistencia antimicrobiana y virulencia se propagan entre bacterias, incluso entre especies, lo que la convierte en un elemento central para comprender la aparición de patógenos resistentes. Esta entrada explica los mecanismos y no constituye una base para decisiones clínicas.

History

Los experimentos de transformación de Griffith y la posterior identificación del ADN como el principio transformador demostraron por primera vez que las bacterias pueden adquirir rasgos hereditarios de otras células. El descubrimiento de la conjugación y la transducción completó el trío de rutas de transferencia, y la genómica comparada, sintetizada por Ochman y sus colaboradores, estableció la transferencia horizontal como una fuerza omnipresente que moldea los genomas bacterianos.

Debates

¿Cuánto de la evolución bacteriana es impulsado por la transferencia horizontal frente a la descendencia vertical?

La genómica comparada muestra una extensa adquisición de genes a través de los linajes, lo que plantea la cuestión de cuán fiablemente un único 'árbol de la vida' captura las relaciones bacterianas cuando grandes fracciones de los genomas pueden ser adquiridas horizontalmente.

Key figures

• Frederick Griffith
• Joshua Lederberg
• Howard Ochman
• Matthew Waldor

Seminal works

• ochman-2000
• thomas-2005
• frost-2005

Frequently asked questions

¿Cuáles son las tres principales formas en que las bacterias transfieren genes horizontalmente?

Transformación (captación de ADN libre del entorno), transducción (transferencia mediada por un bacteriófago) y conjugación (transferencia directa entre células en contacto, generalmente a través de un plásmido o elemento conjugativo).

¿Por qué es importante la transferencia horizontal de genes para la resistencia a los antibióticos?

Permite que los genes de resistencia se muevan entre bacterias, incluso entre especies, de modo que un rasgo de resistencia que surge en un organismo puede propagarse ampliamente sin ser heredado únicamente a través de la división celular.