Transducción (genética)

La transducción es el proceso mediante el cual un virus o vector viral introduce ADN extraño en una célula. Un ejemplo es la transferencia viral de ADN de una bacteria a otra y, por lo tanto, un ejemplo de transferencia horizontal de genes. La transducción no requiere contacto físico entre la célula que dona el ADN y la célula que recibe el ADN (que ocurre en la conjugación), y es resistente a la ADNasa (la transformación es susceptible a la ADNasa). La transducción es una herramienta común utilizada por los biólogos moleculares para introducir de forma estable un gen extraño en el genoma de una célula huésped (tanto células bacterianas como de mamífero).

Descubrimiento (transducción bacteriana)

La transducción fue descubierta por Norton Zinder y Joshua Lederberg en la Universidad de Wisconsin-Madison en 1952 en Salmonella.

En los ciclos lítico y lisogénico

La transducción ocurre a través del ciclo lítico o del ciclo lisogénico. Cuando los bacteriófagos (virus que infectan bacterias) que son líticos infectan células bacterianas, aprovechan la maquinaria de replicación, transcripción y traducción de la célula bacteriana huésped para producir nuevas partículas virales (viriones). Luego, las nuevas partículas de fago se liberan mediante la lisis del huésped. En el ciclo lisogénico, el cromosoma del fago se integra como un profago en el cromosoma bacteriano, donde puede permanecer latente durante largos períodos de tiempo. Si se induce el profago (mediante luz ultravioleta, por ejemplo), el genoma del fago se escinde del cromosoma bacteriano e inicia el ciclo lítico, que culmina en la lisis de la célula y la liberación de partículas de fago. La transducción generalizada (ver más abajo) ocurre en ambos ciclos durante la etapa lítica,

Como método de transferencia de material genético.

Transducción por bacteriófagos

El empaquetamiento del ADN del bacteriófago en las cápsides del fago tiene baja fidelidad. Se pueden empaquetar pequeños fragmentos de ADN bacteriano en las partículas de bacteriófagos. Hay dos formas en que esto puede conducir a la transducción.

Transducción generalizada

La transducción generalizada ocurre cuando piezas aleatorias de ADN bacteriano se empaquetan en un fago. Ocurre cuando un fago se encuentra en etapa lítica, en el momento en que el ADN viral se empaqueta en cabezas de fago. Si el virus se replica usando un 'empaquetado de cabeza', intenta llenar la cabeza con material genético. Si el genoma viral resulta en capacidad sobrante, los mecanismos de empaquetamiento viral pueden incorporar material genético bacteriano en el nuevo virión. Alternativamente, la transducción generalizada puede ocurrir a través de la recombinación. La transducción generalizada es un evento raro y ocurre en el orden de 1 fago en 11,000.

La nueva cápsula del virus que contiene parte del ADN bacteriano luego infecta a otra célula bacteriana. Cuando el ADN bacteriano empaquetado en el virus se inserta en la célula receptora, pueden ocurrirle tres cosas:

1. El ADN se recicla para repuestos.
2. Si el ADN era originalmente un plásmido, volverá a circular dentro de la nueva célula y se convertirá nuevamente en un plásmido.
3. Si el nuevo ADN coincide con una región homóloga del cromosoma de la célula receptora, intercambiará material de ADN de manera similar a las acciones en la recombinación bacteriana.

Transducción especializada

La transducción especializada es el proceso mediante el cual un conjunto restringido de genes bacterianos se transfiere a otra bacteria. Los genes que se transfieren (genes donantes) flanquean donde se encuentra el profago en el cromosoma. La transducción especializada ocurre cuando un profago se escinde de manera imprecisa del cromosoma, de modo que los genes bacterianos que se encuentran adyacentes a él se incluyen en el ADN escindido. El ADN extirpado luego se empaqueta en una nueva partícula de virus, que luego entrega el ADN a una nueva bacteria. Aquí, los genes del donante pueden insertarse en el cromosoma receptor o permanecer en el citoplasma, según la naturaleza del bacteriófago.

Cuando el material del fago parcialmente encapsulado infecta a otra célula y se convierte en un profago, el ADN del profago parcialmente codificado se denomina "heterogenote".

Un ejemplo de transducción especializada es el fago λ en Escherichia coli.

Transducción lateral

La transducción lateral es el proceso mediante el cual se transfieren fragmentos muy largos de ADN bacteriano a otra bacteria. Hasta ahora, esta forma de transducción solo se ha descrito en Staphylococcus aureus, pero puede transferir más genes y en frecuencias más altas que la transducción generalizada y especializada. En la transducción lateral, el profago comienza su replicación in situ antes de la escisión en un proceso que conduce a la replicación del ADN bacteriano adyacente. Después de lo cual, el empaquetamiento del fago replicado desde su sitio pac (ubicado alrededor de la mitad del genoma del fago) y los genes bacterianos adyacentes ocurre in situ, hasta el 105% del tamaño del genoma del fago. Envases sucesivos tras la iniciación desde el envase originalsitio conduce a que varias kilobases de genes bacterianos se empaqueten en nuevas partículas virales que se transfieren a nuevas cepas bacterianas. Si el material genético transferido en estas partículas transductoras proporciona suficiente ADN para la recombinación homóloga, el material genético se insertará en el cromosoma receptor. Debido a que se producen múltiples copias del genoma del fago durante la replicación in situ, algunos de estos profagos replicados se escinden normalmente (en lugar de empaquetarse in situ), produciendo fagos infecciosos normales.

Transducción de células de mamíferos con vectores virales

La transducción con vectores virales puede usarse para insertar o modificar genes en células de mamífero. A menudo se utiliza como una herramienta en la investigación básica y se investiga activamente como un medio potencial para la terapia génica.

Proceso

En estos casos, se construye un plásmido en el que los genes a transferir están flanqueados por secuencias virales que son utilizadas por proteínas virales para reconocer y empaquetar el genoma viral en partículas virales. Este plásmido se inserta (generalmente por transfección) en una célula productora junto con otros plásmidos (construcciones de ADN) que portan los genes virales necesarios para la formación de viriones infecciosos. En estas células productoras, las proteínas virales expresadas por estas construcciones de empaquetamiento se unen a las secuencias en el ADN/ARN (dependiendo del tipo de vector viral) para ser transferidas e insertarlas en partículas virales. Por seguridad, ninguno de los plásmidos utilizados contiene todas las secuencias necesarias para la formación de virus, por lo que se requiere la transfección simultánea de múltiples plásmidos para obtener viriones infecciosos. Además, sólo el plásmido que lleva las secuencias a transferir contiene señales que permiten empaquetar los materiales genéticos en viriones de manera que ninguno de los genes que codifican proteínas virales se empaqueta. Los virus recolectados de estas células se aplican luego a las células que se van a alterar. Las etapas iniciales de estas infecciones imitan la infección con virus naturales y conducen a la expresión de los genes transferidos y (en el caso de los vectores de lentivirus/retrovirus) a la inserción del ADN que se transferirá al genoma celular. Sin embargo, dado que el material genético transferido no codifica ninguno de los genes virales, estas infecciones no generan nuevos virus (los virus son "deficientes en replicación"). Los virus recolectados de estas células se aplican luego a las células que se van a alterar. Las etapas iniciales de estas infecciones imitan la infección con virus naturales y conducen a la expresión de los genes transferidos y (en el caso de los vectores de lentivirus/retrovirus) a la inserción del ADN que se transferirá al genoma celular. Sin embargo, dado que el material genético transferido no codifica ninguno de los genes virales, estas infecciones no generan nuevos virus (los virus son "deficientes en replicación"). Los virus recolectados de estas células se aplican luego a las células que se van a alterar. Las etapas iniciales de estas infecciones imitan la infección con virus naturales y conducen a la expresión de los genes transferidos y (en el caso de los vectores de lentivirus/retrovirus) a la inserción del ADN que se transferirá al genoma celular. Sin embargo, dado que el material genético transferido no codifica ninguno de los genes virales, estas infecciones no generan nuevos virus (los virus son "deficientes en replicación").

Se han utilizado algunos potenciadores para mejorar la eficacia de la transducción, como polibreno, sulfato de protamina, retronectina y DEAE dextrano.

Aplicaciones médicas

• Terapia génica: corrección de enfermedades genéticas mediante la modificación directa del error genético.