8 de abril: High frequency of horizontal gene transfer in the oceans.
McDaniel, L. D., Young, E., Delaney, J., Ruhnau, F., Ritchie, K. B., & Paul, J. H. (2010). High frequency of horizontal gene transfer in the oceans. Science (New York, N.Y.), 330(6000), 50. doi:10.1126/science.1192243
Oceanic bacteria perform many environmental functions, including biogeochemical cycling of many elements, metabolizing of greenhouse gases, functioning in oceanic food webs (microbial loop), and producing valuable natural products and viruses. We demonstrate that the widespread capability of marine bacteria to participate in horizontal gene transfer (HGT) in coastal and oceanic environments may be the result of gene transfer agents (GTAs), viral-like particles produced by α-Proteobacteria. We documented GTA-mediated gene transfer frequencies a thousand to a hundred million times higher than prior estimates of HGT in the oceans, with as high as 47% of the culturable natural microbial community confirmed as gene recipients. These findings suggest a plausible mechanism by which marine bacteria acquire novel traits, thus ensuring resilience in the face of environmental change.
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Los Agentes de Transferencia de Genes (GTAs) parecen ser importantes mediadores en la transferencia horizontal de genes entre las alfa-Proteobacterias del orden Rhodobacteriales. Estos son vectores de transferencia similares a los virus que llevan consigo fragmentos del cromosoma del hospedero. Así, para poder evaluar su función como vectores naturales en bacterias marinas se evaluaron 9 cepas de este grupo, con cassettes putativos para estos GTAs y corroborar su producción y utilizarlos como donadores para medir la transferencia de genes, con la consecuente ganancia de resistencia a kanamicina. Con ello se observó que permitieron la transducción e incrementaron la transferencia de resistencia a kanamicina incluso en ambientes naturales (aguas de estuarios, aguas costeras, mar abierto, etc.). Igualmente parece que el aumento de la dosis de GTAs está correlacionado con el aumento a la resistencia a antibióticos y parecen también tener un amplio rango de hospederos y ser interespecíficos, lo cual posiblemente contribuye a dar flexibilidad para adaptarse a las condiciones ambientales cambiantes. Así, resulta interesante el apreciar estos ATGs como vectores que contribuyen al flujo de genes entre los Rhodobacteriales y permite visualizar la existencia de mecanismos novedosos que contribuyen a la transferencia horizontal de genes en comunidades presentes en ambientes naturales, lo que parece dar mayor adaptabilidad a las condiciones cambiantes como los ambientes marinos, donde incluso puede haber un marcado antagonismo que se da por la producción de sustancias bioactivas que pueden inhibir el desarrollo de algunas bacterias y con la ganancia de genes de resistencia a antibióticos, este antagonismo puede ser evadido.
A diferencia de los organismos eucariontes, los bacterias cuentan con mecanismos de transferencia horizontal tales como la conjugación, transformación o transducción para incorporar nuevas características. Los denominados agentes de transferencia de genes (GTAs) descritos originalmente en Rhodobacter capsulatus son elementos similares a virus que empaquetan fragmentos aleatorios del cromosoma del organismo hospedero, por lo cual el interés de este trabajo era el determinar si estos factores son elementos que pueden contribuir a la transferencia de genes, para esto nueve cepas marinas que presentaban cassettes putativos para GTA fueron analizados para la formación de estas partículas.
Para monitorear la frecuencia de transferencia de los genes, cepas wild-type fueron expuestas a las GTA donadoras y se monitorearon las tasas de transferencia mediadas por GTA observándose un incremento de dos órdenes de magnitud respecto a las cepas silvestres. Al igual que lo que se ha observado con múltiples genes de resistencia, los agentes GTA están relacionados con un incremento en la resistencia a antibióticos.
Finalmente se menciona que los GTAs asociados a R. nubinhibens muestran un amplio espectro en lo que respecta al hospedero y a la transferencia interespecífica de gene siendo la más común la transferencia de genes ambientales y la menos frecuente la adquisición de genes mediante transformación, lo cual sugiere una gran flexibilidad en las poblaciones microbianas marinas que podría permitirles una mejor o más rápida adaptación a las condiciones variables de su ambiente.
Los microorganismos dependen de mutaciones y de procesos de transferencia horizontal de genes para adquirir nuevos caracteres. Los agentes de transferencia (GTAs) se descubrieron en la bacteria R.capsulatum codificados como elementos codificados por el hospedero de tipo vírico y fueron encontrados en el genoma el de los Rhodobacterales dentro de las alfa proteobacterias. Para probar si los GTA son vectores naturales de transferencia génica, se crecieron 9 cepas de alfa proteobacterias con casets putativos de GTA y fueron seleccionados por producción de partículas tipo GTA.
En R. nubinhibens ISM y R.mobilis 45a6 se producen estas partículas putativas GTA durante la fase estacionaria. En el experimento se generaron marcadores donantes con transposones Tn5. La producción de estos marcadores es equivalente al de las cepas silvestres. Para documentar la frecuencia de transferencia de genes, sometieron a la cepa silvestre a diferentes medios con donadores de GTA y documentaron el ritmo de transferencia de genes por resistencia a Kanamicina.
En arrecifes de coral, la resistencia espontanea de Kanamicina fue de 4.6 x 10 ^-4 mientras que con mediadores GTA la frecuencia fue mucho más alta 2.5 x 10 ^-2 .Ambos experimentos fueron examinados por la presencia del gen estreptomicina kinasa Tn5. Un total de 47% de tratamientos con GTA fueron colonias viables pero ninguna revertante expontanea contenía al gen, esto sugiere que por lo menos 1kpb de la región central del t5n fue transferido. No hubo resistencia doble a Kanamicina y Estreptomicina.
Las secuencias de estreptomicina quinasa tn5 fueron recuperadas 1 de 10 cepas dobles resistentes sugiriendo que las modificaciones han ocurrido a través de una transformación natural. Las frecuencias fueron similares en la transferencia a lo largo de los diferentes ambientes demostrando que las cepas con GTA se transducen naturalmente en comunidades marinas de bacterias. La dosis de GTA o multiplicidad de infección fue correlacionada linealmente con resistencia a los antibióticos; Los GTA de r. nubihibens ISM muestra una amplia cantidad de genes intra-específicos bajo condiciones ecológicas conspicuas. La frecuencia de transferencia de genes es 1900-459 millones de veces la frecuencia por transformación y aun más por transducción. Los resultados sugieren que existe una flexibilidad genómica en poblaciones microbianas que facilita su adaptación para un ambiente tan diverso como lo es el marino.
Cuando uno escucha la frase transferencia horizontal, se vienen a la mente tres procesos: conjugación, transformación y transducción. Sin embargo existen otro proceso que se puede considerar dentro de la transferencia horizontal. Existen elementos parecidos a virus que contienen piezas aleatorias de cromosoma bacteriano y que son codificados por el genoma de los miembros de las alphaproteobacteria del orden Rhodobacterales. Estos elementos, denominados agentes de transferencia de genes (o mejor conocidos por sus siglas en ingles GTA: Gene Transfer Agent), pueden tener un papel muy importante en la evolución bacteriana, tal y como lo demuestran en el 2010 Young M y colaboradores. En su trabajo utilizaron 9 cepas marinas pertenecientes al phylum alphaproteobacteria, para observar si los GTA funcionan como vectores naturales de la transferencia horizontal. En las cepas buscaron la producción de partículas GTA, y además modificaron geneticamente los GTA para probar la eficacia en la transferencia de estos elementos a otras cepas bacterianas. Lo más interesante de este estudio fue que demostraron que las bacterias marinas utilizadas, pueden pueden transferir genes de resistencia a antibióticos mediante los GTA. Estos resultados tienen grandes implicaciones para el estudio de las poblaciones bacterianas, ya que al igual que la conjugación, transformación y transducción, estos nuevos genes adquiridos facilitan la adaptación a nuevos nichos ecológicos y por lo tanto actúan como una fuerza evolutiva que puede modelar los genomas de poblaciones bacterianas aumentando adaptación a diferentes condiciones ambientales.
Los procesos de transferencia horizontal de genes (conjugación, transformación y traducción) son vitales para los microorganismos, ya que les permiten adquirir nuevas características. En las bacterias púrpuras no sulfurosas se han descubierto elementos tipo virus, denominados Agentes transferidores de genes (GTAs), que están compuestos de fragmentos al azar del cromosoma del huésped.
El objetivo de este trabajo era probar si los GTAs son vectores naturales para la transferencia de genes, para evaluarlo se crecieron nueve cepas de alfa-proteobacterias marinas con casettes putativos de GTA y se probó la producción de partículas tipo GTA. Dos de las cepas: Roseovarius nubinhibens ISM y Reugeria mobilis (que luego resultó ser Nitratireductor 44B9s) produjeron de manera reproducible partículas GTA durante la fase estacionaria de crecimiento. Para documentar la frecuencia en la transferencia de genes, se sometieron a cepas silvestres o a comunidades naturales de diferentes ambientes a tratamiento con las cepas donadoras de GTA y se midieron las tasas de transferencia del gen de resistencia a kanamicina. Se detectaron mutantes espontáneas así como aparición de cepas resistentes, de estas el 47% contenían el casette GTA en comparación con las revertantes espontáneas en las que ninguna lo contenía.
En los diferentes ambientes se encontraron frecuencias de transferencia similares lo que demuestra, según los autores, que los GTAs cultivados transducen de manera natural a comunidades de bacterias marinas. Al analizas las secuencias de RNAr 16S se encontró que la mayoría de los receptores de las GTAs eran parecidos a las cepas Flavobacterium o Flexibacter que, por reportes anteriores, se sabe con abundantes en los sistemas marinos.
Este artículo me pareció interesante porque nunca había escuchado acerca de estos elementos de transferencia entre bacterias. Lo que me llamó la atención es que sea un artículo tan breve y con sólo una tabla como información gráfica, creo que si es tan relevante como para ser publicado en Science, hubiera ameritado un artículo más extenso en el que se mostraran las figuras.
Las principales fuentes de variación en las bacterias son, sin duda, la mutación y la transferencia horizontal de material genético (HGT). Esta última es conocida también como “mecanismos de parasexualidad” y comprende la transformación, conjugación y transducción. Existe además otro mecanismo llamado “Gene Transfer Agents” (GTA´s).
El artículo quiere probar si los GTA´s son vectores naturales de la transferencia de genes. Utilizaron 9 cepas de ∝-proteobacterias marinas. El registro de la frecuencia de la transferencia se llevo a cabo sometiendo cepas silvestres de varios ambientes naturales expuestas con un donante de GTA´s y se documentaron las tasas de transferencia mediante la resistencia de kanamicina.
En principio existen diferencias en la frecuencia de la transferencia entre las cepas de los distintos ambientes, lo que sugiere que las cepas cultivadas llevan a cabo la transducción con comunidades naturales marinas. En general estas diferencias en las tasas de transferencia sugieren que existe una flexibilidad en las poblaciones microbianas marinas que facilita su adaptación a los cambios en las condiciones ambientales, de ahí el título “Alta frecuencia de HGT en los océanos”.
High Frequency of Horizontal Gene Transfer in the Oceans
Los GTAs son agentes de transferencia de genes y se han descubierto en las alfa-proteobacterias en el orden de rhodobacterales. El objetivo de este pequeño artículo es tratar de averiguar si los GTAs son vectores naturales de transferencia de genes. Para lograr esto crecen nueve cepas de alfaproteobacterias que contienen casetes putativos de GTAs y seleccionan a los que reproducen las partículas de GTAs, Roseovaris nubihinbens y Reugeria mobilis, durante la fase estaicionaria. Para generar cepas donadoras, marcadas genéticamente conteniendo el transposon tn5. La producción de los GTAs en las cepas donadoras fueron similares a las cepas naturales y midieron la tasa de transferencia que ocurría en las cepas naturales mediante el gen de resistencia de kanamicina que sería transferido por partículas GTAs contra la mutaciones espontaneas que pudieran ocurrir, la transferencia de gen fue significativamente más alta que las mutaciones espontaneas. Las secuencias del 16S ribosomal mostraron que los recipientes, o por lo menos la mayoría, para las GTAs son cepas marinas, teniendo un amplio rango de activación en diferentes condiciones ecológicas, sugiriendo que las poblaciones marinas tienen mayor flexibilidad génica que facilitaría su adaptación al cambio climático
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High frequency of horizontal gene transfer in the oceans McDaniel L. et al. (2010). High frequency of horizontal gene transfer in the oceans. Science vol 303. 50.
Este estudio es una manera de ver cómo es que los agentes transferidores de genes (en este caso la resistencia a la canamisina) circulan entre diferentes bacterias indicándonos que la transferencia horizontal de genes ocurre entre bacterias con frecuencia.
En este artículo los autores demuestran que existe una importante transferencia horizontal en ambientes oceánicos pues la frecuencia con la que se da es muy elevada comparado con otros mecanismos de intercambio de genes como es por ejemplo la transformación. El trabajo es muy interesante por que de forma experimental hacen construcciones de cassettes de partículas virales que transfieren genes (llamadas GTAs) las cuales son comunes en las alfa proteobacterias, se integran al genoma y tienen la capacidad de empaquetar al azar secuencias del genoma, y de esta manera funcionar como vectores naturales. Los autores integraron en las especies alfa proteobacteria Roseovarius nubinhibens y Reugeria mobilis genes que confieren resistencia a antibióticos, las incubaron en bolsas con agua natural de distintos ambientes marinos (costero, arrecifal, de estuario, del golfo de México y de mar abierto) y observaron la frecuencia con la que éstos genes de resistencia se integraron en los genomas de las bacterias del medio. Entre los géneros receptores se encontraron Flavobacterium y Flexibacter ambas del grupo de las Bacteroidetes y que son comunes en ambientes marinos. Es muy interesante el trabajo porque la frecuencia de transferencia llega a ser de miles a millones de veces mayor a lo reportado previamente, lo que evidencia la capacidad y gran eficiencia para transferir nuevos genes mediante partículas virales, en ambientes naturales y entre bacterias muy diferentes.
Los GTAs (Gene Transfer Agents) de Rhodobacter capsulatus son elementos parecidos a virus que empacan DNA del huésped y se encuentran en casi todos los miembros de las Rhodobacterales cuyos genomas se tienen secuenciados. El trabajo busca probar si estos elementos son vectores naturales de transferencia de genes. Observaron frecuencias de transferencia parecidas en ambientes diferentes, lo cual demuestra que funcionan naturalmente por transducción en bacterias marinas; y las secuencias de RNA 16S examinadas indican que la mayoría de las bacterias receptoras son similares a las cepas con las que ya se había reportado el fenómeno (Flavobacterium). Los GTAs de R. nubinhibens tienen un espectro de huéspedes amplio y transferencia de genes interespecífica bajo condiciones ecológicamente relevantes. Concluyen que existe flexibilidad genómica entre poblaciones marinas, que es la que permite su adaptación.
Los procesos de mutación y de transferencia de material genético han sido considerados como los principales mecanismos por los que los microorganismos adquieren nuevos caracteres funcionales. En este sentido se ha observado la existencia de agentes de transferencia genética que presentan un origen asociado a bacteriófagos, y una manera de probar su efecto adaptativo es sometiendo a los microorganismos a diferentes condiciones ambientales en presencia de otro que tenga alguno de estos agentes y que les sea transferido para sobrevivir bajo esas condiciones. En este trabajo al someter a bacterias que viven bajo diferentes condiciones ambientales, se observaron frecuencias similares de transferencia de estos agentes de transferencia genética; por lo que existen mecanismos de flexibilidad genética que permiten que las poblaciones microbianas marinas adaptarse a cambios en las condiciones ambientales.
En este artículo quieren demostrar la frecuencia de los eventos de transferencia horizontal en bacterias marinas que tienen en su genoma al GTA (Gene Transfer Agent) que es un gen que codifica para una proteína de tipo viral (de la cápside), la cual moviliza material genético empaquetado del cromosoma del hospedero.
Para este ensayo utlizaron el cassette de resistencia a kanamicina para evaluar la tasa de transferencia de este gen a partir del GTA, esto lo hicieron en 7 condiciones ambientales diferentes, y se vio que la tasa de transferencia era muy alta, y con esto se sugiere una alta flexibilidad genómica en las poblaciones microbianas con las que se facilita su adaptación a los cambios ambientales.
Las principales fuentes de variación en los procariontes son la mutación y la THG. Se descubrieron en Rhodobacter capsulatus unos vectores parecidos a los virus que empaquetan pequeños fragmentos del cromosoma (GTAs). Este tipo de vectores se ha encontrado entre las proteobacterias por lo que se ha propuesto que estos son vectores naturales.
Para probar dicha hipótesis se identificaron aislados con esta característica, aquellos que resultaron positivos fueron modificados y se evaluó la posibilidad de transferir la resistencia a Kanamisina en diferentes ambientes.
Se encontró una alta frecuencia de transferencia especialmente en los miembros del genero Flavobacterium (se sabe que son abundantes en sistemas marinos). Lo que demuestra que movimientos de genes por esta vía son comunes en los ambientes marinos, lo que puede facilitar la adaptación en sistemas con condiciones ambientales cambiantes.
En este estudio se hicieron crecer nueve especies de alfa-proteobacterias para comprobar si había intercambio de agentes de transferencia de genes, que son elementos parecidos a virus codificados por las bacterias que encierran fragmentos al azar del cromosoma y que son susceptibles de ser tomados por otras bacterias y por lo tanto contribuir a la transferencia horizontal de genes. Para conocer la frecuencia con la cual la transferencia se daba, se incorporó un gen de resistencia a un antibiótico llamado kanamicina y se marcó el genoma de los donadores que contenían un transposón que incluía otro gen de resistencia, a la estreptomicina. Para saber si la frecuencia con la que aparecía este gen se debía a la transferencia se comparó la tasa de aparición espontánea en réplicas del experimento sin agentes de transferencia de genes y se comparó esto con tratamientos en donde se añadían éstos. Los resultados indican que la frecuencia de la transferencia horizontal es mucho más alta de lo que se podría esperar de la aparición espontánea de resistencia a los antibióticos, millones de veces más rápido que la frecuencia natural por transformación simple. Además, la frecuencia de aparición de la resistencia crece linealmente con la dosis de agentes de transferencia de genes. Esto sugiere que las comunidades bacterianas de los océanos son en general mucho más propensas a la transferencia horizontal de genes de lo que se pensaba.
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