Elementos genéticos móviles

Los elementos genéticos móviles ( MGE ), a veces llamados elementos genéticos egoístas, son un tipo de material genético que puede moverse dentro de un genoma, o que puede transferirse de una especie o replicón a otro. Los MGE se encuentran en todos los organismos. En humanos, se cree que aproximadamente el 50% del genoma son MGE.Los MGE juegan un papel distinto en la evolución. Los eventos de duplicación de genes también pueden ocurrir a través del mecanismo de MGE. Los MGE también pueden causar mutaciones en las regiones codificantes de proteínas, lo que altera las funciones de las proteínas. También pueden reorganizar genes en el genoma del huésped. Uno de los ejemplos de MGE en el contexto evolutivo es que los factores de virulencia y los genes de resistencia a los antibióticos de los MGE pueden transportarse para compartirlos con bacterias vecinas. Los genes recién adquiridos a través de este mecanismo pueden aumentar la aptitud al obtener funciones nuevas o adicionales. Por otro lado, los MGE también pueden disminuir la aptitud al introducir alelos o mutaciones que causan enfermedades. El conjunto de MGE en un organismo se denomina mobiloma, el cual está compuesto por una gran cantidad de plásmidos, transposones y virus.

Tipos

• Plásmidos : son moléculas de ADN extracromosómicas generalmente circulares que se replican y se transmiten independientemente del ADN cromosómico. Están presentes en procariotas (bacterias y arqueas) y, a veces, en organismos eucariotas como la levadura. Los plásmidos durante su ciclo transportan genes de un organismo a otro a través de un proceso llamado conjugación. También suelen inyectar genes que hacen que las bacterias sean resistentes a los antibióticos.
  • Vectores de clonación: Son un tipo de plásmidos híbridos con bacteriófagos, utilizados para transferir y replicar fragmentos de ADN que se insertan mediante técnicas de ADN recombinante. Para servir como vector, debe poder replicarse junto con el fragmento de ADN que lleva. Los ejemplos son cósmidos y fagémidos.
• Transposones: Estas son secuencias de ADN que pueden moverse y replicarse en diferentes partes del genoma de una célula. También llamados "genes saltadores" pueden transferirse horizontalmente entre organismos que viven en simbiosis. Los transposones están presentes en todos los seres vivos y en los virus gigantes.
  • Transposones de ADN: estos son transposones que se mueven directamente de una posición a otra en el genoma usando una transposasa para cortar y pegarse en otro lugar.
  • Retrotransposones: Estos son transposones que se mueven en el genoma, siendo transcritos en ARN y luego en ADN por transcriptasa inversa. Los retrotransposones están presentes exclusivamente en eucariotas. Estos retrotransposones están regulados por una familia de ARN cortos no codificantes denominados PIWI [P-element whimpy testis]-RNAs interactivos (piRNA).piRNA es una clase recientemente descubierta de ncRNA, que tienen un rango de longitud de ~ 24-32 nucleótidos. Inicialmente, los piRNA se describieron como siRNA asociados a repeticiones (rasiRNA) debido a su origen a partir de elementos repetitivos, como las secuencias transponibles del genoma. Sin embargo, más tarde se identificó que actuaban a través de la proteína PIWI. Además de tener un papel en la supresión de los transposones genómicos, recientemente se han informado varios roles de los piRNA, como la regulación de 3 'UTR de genes codificadores de proteínas a través de RNAi, herencia epigenética transgeneracional para transmitir un recuerdo de la actividad pasada del transposón y ARN- silenciamiento epigenético inducido.

• Retroposones: Son transposones exclusivos de mamíferos que se mueven en el genoma, siendo transcritos en ADN y luego en ARN, sin codificar transcriptasa inversa.

Ejemplos de investigación

Los sistemas CRISPR-Cas en bacterias y arqueas son sistemas inmunológicos adaptativos para proteger contra las consecuencias mortales de los MGE. Utilizando un análisis genómico y filogenético comparativo, los investigadores descubrieron que las variantes de CRISPR-Cas están asociadas con distintos tipos de MGE, como los elementos transponibles. Además, CRISPR-Cas controla los elementos transponibles para su propagación.

Los MGE, como los plásmidos por transmisión horizontal, son generalmente beneficiosos para un organismo. La capacidad de transferir plásmidos (compartir) es importante desde una perspectiva evolutiva. Tazzyman y Bonhoeffer descubrieron que la fijación (recepción) de los plásmidos transferidos en un nuevo organismo es tan importante como la capacidad de transferirlos. Los plásmidos raros y transferibles beneficiosos tienen una probabilidad de fijación más alta, mientras que los elementos genéticos transferibles nocivos tienen una probabilidad de fijación más baja para evitar la letalidad de los organismos huéspedes.

Un tipo de MGE, a saber, los elementos conjugativos integrativos (ICE), son fundamentales para la transferencia horizontal de genes que dan forma a los genomas de los procariotas, lo que permite la adquisición rápida de nuevos rasgos adaptativos.

Como ejemplo representativo de ICE, el ICE Bs1 está bien caracterizado por su papel en la respuesta SOS del daño global del ADN de Bacillus subtilis y también por su vínculo potencial con la radiación y la resistencia a la desecación de las esporas de Bacillus pumilus SAFR-032, aisladas de la sala limpia de la nave espacial. instalaciones.

La transposición por elementos transponibles es mutagénica. Por lo tanto, los organismos han evolucionado para reprimir los eventos de transposición, y la falta de represión de los eventos provoca cánceres en las células somáticas. Ceco et al. encontraron que durante la transcripción de elementos retrotransponibles en edades tempranas es mínima en ratones, pero en edades avanzadas el nivel de transcripción aumenta. Este nivel de expresión dependiente de la edad de los elementos transponibles se reduce con una dieta de restricción calórica.

Enfermedades

La consecuencia de los elementos genéticos móviles puede alterar los patrones transcripcionales, lo que con frecuencia conduce a trastornos genéticos como trastornos inmunitarios, cáncer de mama, esclerosis múltiple y esclerosis lateral amiotrófica. En los seres humanos, el estrés puede conducir a la activación transaccional de MGE, como los retrovirus endógenos, y esta activación se ha relacionado con la neurodegeneración.

Otras notas

El total de todos los elementos genéticos móviles en un genoma puede denominarse mobiloma.

Barbara McClintock recibió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1983 "por su descubrimiento de los elementos genéticos móviles" (elementos transponibles).

Los elementos genéticos móviles desempeñan un papel fundamental en la propagación de factores de virulencia, como las exotoxinas y las exoenzimas, entre las bacterias. Se han propuesto estrategias para combatir ciertas infecciones bacterianas dirigiéndose a estos factores de virulencia específicos y elementos genéticos móviles.