Antes de hablar de esta modalidad de sexo bacteriano, será conveniente explicar someramente la organización del material genético de las bacterias. Éstas no tienen propiamente cromosomas, que son largas hebras de ADN unido y estabilizado por proteínas, sino una hebra circular cerrada constituida por una doble cadena de ADN desnudo. Además, suelen tener otros círculos menores de ADN llamados plásmidos, de replicación autónoma, en un número estable y característico que se mantiene de generación en generación. Algunos plásmidos pueden insertarse en el cromosoma, el círculo grande y único. Los plásmidos, para lo que aquí nos ocupa, pueden ser conjugativos o no-conjugativos, pudiendo ser, a su vez, los del segundo tipo no movilizables o movilizables por recombinación con otros conjugativos.

Conjugación bacteriana: la célula alargada es una donante Hfr que transfiere ADN por un puente temporal a la célula redondeada, que es una receptora F

En la conjugación, el genoma de un plásmido o el del cromonema se transfiere de una célula a otra con contacto entre ellas como condición esencial, mediante estructuras especializadas y con funciones específicas.

Cuando se descubrió la trasnsformación, los biólogos empezaron a preguntarse si no se daría en bacterias algún proceso semejante al sexo de los eucariotas. La respuesta la dieron Lederberg y Tatum en 1946. Tenían una cepa de la bacteria Escherichia coli, A, que sólo podía crecer si al medio mínimo se le añadía el aminoácido metionina y la vitamina biotina, y otra, B, que sólo podía crecer si a ese mismo medio se le añadían los aminoácidos treonina y leucina. Sembraron en placa 200 millones de células A, en otra 200 millones de células B y en otra 100 millones de células A y 100 millones de células B, en medio mínimo, y las incubaron varios días. En el primer caso y en el segundo, no hubo crecimiento, mientras que en el tercero aparecieron colonias prototrofas (capaces de crecer en medio mínimo) a frecuencia entre 1:100.000 y 1:1.000.000, muy superior a la esperada para la doble mutación inversa (1:100.000.000.000.000).

La única explicación para la aparición de estos prototrofos era la recombinación de los genes de las cepas de procedencia. Y esa recombinación no era debida a la transformación: no había recombinantes si se usaban extractos libres de células de una cepa y células de la otra; si se añadía DNasa, enzima que degrada el ADN, no cambiaban los resultados; y se vio que hacían falta contactos entre células de las dos cepas, poniendo las de una en una rama de un tubo en U y las de otra en la otra, y un filtro de poros menores que las bacterias, circunstancia en que no había recombinación.

Ulteriores estudios pusieron de manifiesto que había varios tipos de cepas en cuanto a la producción de recombinantes: cepas fértiles F+, que daban lugar a recombinantes, y cepas infértiles F-, que no lo hacían. Los cruces F+ x F- producían recombinantes, mientras que los cruces F- x F- no lo hacían.

En los cruces F+ x F-:

  • Casi todas las células F-, al final, adquieren el factor de fertilidad.
  • Pero los recombinantes aparecen con mucha menor frecuencia (más o menos 1: 100.000).

En 1950, Lederberg y Hayes, por separado, aislaron un nuevo tipo de cepas fértiles a partir de F+. Estas cepas, de las que se conocen una veintena, producían recombinantes con muy alta frecuencia (unas 1000 veces más que F+) y no solían convertir en fértiles a las células F- tras la conjugación. Las denominaron Hfr.

Campbell, en 1962, propuso un modelo para explicar la relación entre F+ y Hfr, modelo que fue confirmado posteriormente mediante experimentación:

  • En F+, el factor de fertilidad es un plásmido que en ese estado sólo puede promover su propia transferencia a F-, de modo que las células F- lo adquieran.

  • Con una frecuencia de 1:100.000, en una población F+, el factor F interacciona con el cromonema, se le integra y se replica conjuntamente con él, lo que se conoce como un episoma. Así, F puede arrastrar al cromonema y transferir parte suya a F-. Pero en esta situación no se transfiere completo, por lo que no suele conferir el carácter F+ a los exconjugantes.

  • Cada cepa Hfr es un clon procedente de un acontecimiento de integración del factor F en un sitio específico del cromonema. En esos clones, todas las células tienen capacidad para transferir porciones del cromonema y por ello confieren una alta frecuencia de recombinación. La minoría de Hfr en un cultivo normal es la responsable de la pequeña frecuencia de recombinantes que provocan los cultivos con F+.

Jacob y Wollman, en 1956, realizaron experimentos en que se interrumpía la conjugación a intervalos determinados, probando que la transferencia es unidireccional y linear, de forma que los genes de la célula donadora van entrando en la receptora en un orden determinado, lo que fue muy útil para hacer mapas genéticos.

¿Cómo se produce la conjugación? Las células F+ y Hfr forman de uno a diez pelos sexuales, estructuras de proteínas tubulares que interaccionan, a través de la punta con un receptor de F-, formándose así, más que parejas, agregados de conjugación, de hasta 20 células. El pelo se va despolimerizando por la base, produciendo una apariencia de retracción. Así, la célula F- se va acercando a la F+ (o Hfr). Al terminar la desintegración del pelo, se produce contacto de paredes celulares, formándose un puente de conjugación a través del cual contactan los citoplasmas de ambas células. Las parejas o agregados se estabilizan por la acción de dos genes del plásmido y uno de la célula receptora. Una proteína localizada en las membranas externa y citoplásmicas y codificada por un gen del plásmido parece facilitar el transporte de ADN. Tras un cierto tiempo, el agregado se deshace.

La transferencia del ADN se produce por lo que los expertos llaman un proceso de replicación asimétrica por círculo rodante. En el donante actúa una endonucleasa, enzima que corta una de las cadenas del ADN de la célula donante en un punto. Esa cadena va pasando a la célula receptora y se va replicando a medida que entra en ella, formando la cadena complementaria: La otra, no cortada, se queda en la célula donante, sirviendo de molde para su complementaria. En el desplazamiento de la cadena cortada interviene una helicasa, enzima que hace girar la hélice del ADN bicatenario. Los productos de otros genes transfieren la cadena cortada. Una proteína de la célula donante codificada por un gen del plásmido mantiene, primero, los extremos de la cadena cortada y, ya en la célula receptora, los vuelve a unir. En suma, hay dos procesos de síntesis de ADN, el de la cadena que pasa a la célula receptora y el de la cadena circular que permanece en la donante. De modo que la célula donante no pierde ningún gen y la receptora gana algunos, convirtiéndose, en el caso de que F esté en forma de plásmido, en posible donante. No así en el caso de que F esté en forma de episoma, integrado al cromonema de la donante.

Hay distintos plásmidos que promueven la conjugación en la misma especie bacteriana y en especies diferentes. Unos que tienen mucha importancia para nuestra salud son los plásmidos R, que contienen genes de resistencia a antibióticos y que son "promiscuos", es decir, que promueven la conjugación entre especies bacterianas muy distintas. E incluso parece que los hay que promueven la conjugación con células eucariotas, como, por lo menos, en el caso de Agrobacterium tumefaciens, que parasita diversas plantas dicotiledóneas produciéndoles tumores en agalla, mediante la acción de un plásmido que transfiere un gen a la planta. Es por eso por lo que cuando alguien me habla de ingeniería genética, le suelo decir que no hemos inventado nada, sólo aprovechamos procesos naturales. Para bien o para mal, eso ya es otra cuestión.

© Julio Loras Zaera
Profesor Francho de Fortanete


Julio Loras Zaera
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