Transdución xenética

En xenética, a transdución definiuse inicialmente como o proceso por medio do cal se transfería ADN dunha bacteria a outra pola intermediación dun virus. Un uso ampliado moderno do termo é a de consideralo o proceso por medio do cal se insire material xenético (ADN ou ARN interferente pequeno) nunha célula (bacteriana ou eucariota) por medio dun virus vector. A transdución é un proceso que se dá de forma natural, pero é tamén unha ferramenta de uso común en bioloxía molecular para introducir establemente xenes alleos no xenoma dunha célula hóspede. A transdución non require un contacto célula a célula (como na conxugación bacteriana) nin o paso directo do ADN a través da membrana (como na transformación bacteriana), o que a fai resistente á DNase, xa que é o virus quen transporta o material xenético a transferir.
Cando un virus bacteriófago (virus que infecta bacterias) infecta unha célula bacteriana, o seu modo normal de reprodución é aproveitar a maquinaria de replicación do ADN, transcrición e tradución da célula bacteriana hóspede para fabricar moitos virus fillos.
A transdución é moi importante porque é un dos fenómenos que explican, por exemplo, como as bacterias adquiren resistencia aos antibióticos debido á transferencia de xenes de resistencia a eles entre bacterias por mediación dos virus. Ademais, existe a posibilidade de crear procedementos de modificación xenética para intentar curara enfermidades conxénitas como a distrofia muscular de Duchènne baseándose nestas metodoloxías. Ciclos líticos e lisoxénicos
Algúns bacteriófagos como o fago lambda poden orixinar ciclos líticos de replicación, nos que orixinan inmediatamente virus fillos que lisan a célula, ou ciclos lisoxénicos, nos que o virus se integra no cromosoma e permanece latente (temperado en forma de profago) moito tempo, ata que chegado un momento se separa do cromosoma e volve orixinar un ciclo lítico. A transdución pode ocorrer tanto nos ciclos líticos coma nos lisoxénicos. Durante o ciclo lítico o fago pode incorporar xenes da bacteria cando se están a formar os virus fillos. No ciclo lisoxénico o virus pode separarse do cromosoma bacteriano levando algúns xenes bacterianos adxacentes. Tipos de transdución
O empaquetamento do ADN no bacteriófago durante a formación dos virus fillos non ten unha alta fidelidade, polo que poden empaquetarse pequenos fragmentos do ADN bacteriano (xunto co material xenético do virus ou sen ADN viral). Ao mesmo tempo, algúns xenes do fago poden quedar no cromosoma bacteriano.
Existen dous tipos de transdución: xeneralizada e especializada.
Transdución xeneralizada
Na transdución xeneralizada o virus pode transferir calquera xene bacteriano a outra bacteria, e xeralmente o virus leva só ADN bacteriano e nada de ADN viral. En esencia é un empaquetamento de ADN bacteriano na cápside do virus. Se o bacteriófago realiza o ciclo lítico, o virus replicará dentro da bacteria a súa cápside e o seu ADN, e destruirá o ADN bacteriano. Se durante o empaquetamento do ADN na cápside viral por casualidade entra ADN bacteriano pode producirse a transdución xeneralizada. Isto pode ocorrer por dous procesos: empaquetamento "de cápside chea" (headful packaging) na primeira bacteria e recombinación na segunda.
No mecanismo de empaquetamento de "cápside chea" o virus intenta encher a cápside con material xenético e se ten capacidade dabondo incorpora ADN bacteriano. Despois ese virus infecta a unha segunda bacteria e pode recombinar o ADN que transporta co ADN da segunda bacteria.
Cando se insire o novo ADN traído polo virus na célula receptora poden ocorren tres cousas: O ADN é absorbido pola célula, é destruído e reciclado para aproveitar os nucleótidos.
Se o ADN era orixinalmente un plásmido, recircularízase dentro da segunda bacteria e volve a ser un plásmido funcional. Por exemplo no fago P1 de E. coli.
Se o novo ADN é coincidente cunha rexión homóloga do cromosoma da célula receptora, recombínase intercambiandose co ADN cromosómico e intégrase no cromosoma. Este tipo de recombinación xenética é aleatorio e a cantidade de ADN recombinado depende do tamaño do virus usado.
Transdución especializada
Na transdución especializada o virus transfire dunha bacteria a outra xenes que están próximos á zona onde se inseriu o xenoma vírico durante un ciclo lisoxénico na primeira bacteria. Os xenes que se transfiren dependen da zona onde se inseriu o fago, que xeralmente é sempre a mesma zona concreta do cromosoma; por exemplo, o fago lambda insírese na zona entre os xenes gal e bio. Cando o fago abandona o ciclo lisoxénico e pasa ao ciclo lítico, ten que separar o seu ADN do cromosoma onde se inseriu, pero poden producirse erros e non se corta exactamente polos límites do ADN viral senón que se corta algo máis alá e leva tamén xenes bacterianos adxacentes (por exemplo, o fago lambda pode levar o xene gal ou o bio), que serán empaquetados na cápside vírica xunto co xenoma vírico. Pero ao levar este material extra o xenoma do virus queda máis curto do normal (é defectivo), porque lle faltan xenes víricos no outro extremo.
A transdución especializada ten tres posibles resultados: O ADN pode ser absorbido, destruído e reciclado.
O ADN bacteriano pode coincidir con secuencias homólogas do ADN do receptor e producirse unha recombinación e intercambio co ADN receptor, que incorpora así o novo ADN con xenes procedentes da primeira bacteria.
O ADN pode inserirse no cromosoma da célula receptora para iniciar un ciclo lisoxénico e como resultado a bacteria pode ter dobre copia de certos xenes (os propios e os da primeira bacteria). O profago defectivo inserido denomínase heteroxenote.
Esther Lederberg, Larry Morse, Herman Kalckar, Michael Yarmolinsky, e Yukinori Hirota fixeron estudos detallados sobre a galactosemia nos que usaron a transdución especial para facer mapas xenéticos. Ao mesmo tempo, Esther Lederberg, Julius Adler e Enrico Calef realizaron estudos similares sobre a maltofilia.
Un exemplo famoso de transdución especializada é a que fai o fago λ na bacteria Escherichia coli, descuberta por Esther Lederberg, a cal tamén descubriu o plásmido F ou factor de fertilidade F. Descubrimento
A transdución descubrírona Norton Zinder e Joshua Lederberg na Universidade de Wisconsin–Madison en 1951 traballando con bacterias. Porén, o mecanismo da transdución xeral e especializada non se descubriu ata anos máis tarde grazas aos traballos de Esther Lederberg, Larry Morse, E. Lively, Allan Campbell e Joshua Lederberg. Pode verse unha lista detallada das publicacións en: