Experimento no que F. Griffith descubriu a transformación bacteriana na bacteria *Streptococcus*.
En bioloxía molecular denomínase **transformación** á alteración xenética dunha célula como resultado da captación a través da membrana celular, incorporación e expresión de material xenético exóxeno (ADN exóxeno) do medio que a rodea. A transformación ten lugar de forma natural nalgunhas especies de bacterias (transformación bacteriana), pero pode tamén efectuarse por medios artificiais noutras células. Para que se produza a transformación, as bacterias deben estar nun estado chamado *competente* ou de *competencia*, que pode acontecer como unha resposta por tempo limitado ás condicións ambientais como escaseza de nutrientes e densidade celular. A transformación é un dos tres procesos polos cales o material xenético exóxeno pode introducirse nunha célula bacteriana; os outros dous son a conxugación bacteriana (na que as células transfiren ADN por contacto directo) e a transdución (na que un virus transporta xenes dunha bacteria a outra). O termo "transformación" pode utilizarse tamén para describir a inserción de novo material xenético en células non bacterianas, como fungos, plantas e animais, pero especialmente para os animais prefírese usar o termo transfección para non confundila coa "transformación" celular que ten lugar durante o cáncer. A introdución de ADN alleo en células eucariotas denomínase "transfección".

Historia
--------

*Véxase tamén**:* Experimento de Griffith e Experimento de Avery, MacLeod e McCarty.
A transformación foi descuberta en 1928 polo bacteriólogo británico Frederick Griffith. Griffith estaba traballando co *Streptococcus pneumoniae*, bacteria que ten dúas cepas, unha virulenta ou S e outra non virulenta ou R. Griffith descubriu que a cepa non virulenta de *Streptococcus pneumoniae* podía ser transformada en virulenta se a mesturábamos con bacterias da cepa virulenta mortas por calor. Griffith supuxo que algún "principio transformante" pasaba das células mortas virulentas ás células vivas non virulentas, que dese modo se *transformaban* en virulentas, pero non puido identificar que substancia era o principio transformador. En 1944 Oswald Avery, Colin MacLeod, e Maclyn McCarty identificaron o principio transformador como o ADN, o que serviu para demostrar que o ADN é a molécula que contén a información xenética nas células (o que ata entón se poñía en dúbida). Parte do ADN dos *Streptococcus* S pasaba ás células R, provocando a transformación.

Pensábase inicialmente que *Escherichia coli*, unha bacteria utilizada correntemente como organismo de laboratorio, non podía experimentar transformación. Porén, en 1970, Morton Mandel e Akiko Higa demostraron que *E. coli* pode ser inducida a captar ADN do bacteriófago λ sen ter que utilizar fagos axudantes despois de ser tratada con solucións de cloruro de calcio. Dous anos despois en 1972, Stanley Cohen, Annie Chang e Leslie Hsu demostraron que o tratamento con CaCl2 é tamén efectivo para a transformación de ADN de plásmidos. O método de transformación de Mandel e Higa foi despois mellorado por Douglas Hanahan. O descubrimento da existencia de competencia inducida artificialmente en *E. coli* proporcionou un eficiente e útil procedemento para provocar a transformación de bacterias, que permitiu simplificar os métodos de clonaxe molecular en biotecnoloxía e investigación, e que se converteu nun procedemento de rutina nos laboratorios.

A transformación utilizando electroporación desenvolveuse a finais da década de 1980, e incrementou a eficiencia da transformación in vitro e o número de cepas bacterianas que se podían transformar. A transformación de células animais e vexetais investigouse no primeiro rato transxénico que se creou, inxectando un xene dunha hormona de crecemento da rata nun embrión de rato en 1982. En 1907 descubriuse que a bacteria *Agrobacterium tumefaciens* causaba tumores nas plantas, e a principios da década de 1970 descubriuse que o axente indutor de tumores era un plásmido chamado plásmido Ti. Eliminando os xenes do plásmido que causaban o tumor e engadindo novos xenes os investigadores estiveron en condicións de poder infectar plantas con *A. tumefaciens* para que a bacteria inserise o ADN seleccionado nos xenoma das plantas. Non todas as plantas son susceptibles ás infección por *A. tumefaciens* polo que se desenvolveron métodos alternativos como a electroporación e a microinxección. O bombardeo de partículas fíxose posible coa invención da "pistola (canón, escopeta) de xenes" ou biolística por John Sanford en 1990.

Mecanismos
----------

### Bacterias

A transformación bacteriana pode definirse como o cambio xenético estable producido pola captación de ADN espido (ADN sen células asociadas ou proteínas), e a **competencia** como o estado no que a bacteria pode captar o ADN exóxeno do medio que a rodea. Hai dúas formas de competencia: natural e artificial.

#### Competencia natural

Aproximadamente o 1% das especies bacterianas poden captar de forma natural ADN nas condicións de laboratorio, e máis especies poden captalo nos seus ambientes naturais. O ADN pode transferirse entre diferentes cepas de bacterias, nun proceso que se denomina transferencia horizontal de xenes. Algunhas especies cando a célula morre liberan o seu ADN que pode ser captado por outras células, pero a transformación funciona mellor con ADN de especies moi emparentadas. Estas bacterias competentes de forma natural teñen conxuntos de xenes que proporcionan a maquinaria proteica necesaria para transportar o ADN a través das membranas celulares. O transporte de ADN exóxeno nas células pode requirir proteinas que están implicadas na ensamblaxe de pili de tipo IV e sistemas de secreción de tipo II (T2SS), xunto cun complexo ADN translocase na membrana plasmática.

Debido ás diferenzas de estrutura das envolturas celulares das bacterias grampositivas e gramnegativas, hai tamén algunhas diferenzas nos mecanismos da captación do ADN entre estas células, pero a maioría delas comparten características comúns que implican a proteínas relacionadas. O ADN únese primeiro á superficie de células competentes nun receptor do ADN, e pasa a través da membrana plasmática utilizando unha ADN translocase. Só pode atravesar o ADN monocatenario, polo que unha nuclease degrada a outra cadea durante o proceso, e o ADN monocatenario translocado pode despois integrarse no cromosoma bacteriano por medio dun proceso dependente de RecA. Nas células gramnegativas, debido á presenza dunha membrana extra, o ADN require a presenza de canais formados por secretinas na membrana externa da súa parede. Poden requirirse pilinas para que exista competencia, pero non está claro. A captación do ADN xeralmente non é específico de secuencia, aínda que nalgunahs especies a presenza de secuencias de captación de ADN específicas pode facilitar a captación eficiente do ADN.

#### Competencia artificial

A competencia artificial pode inducirse por procedementos de laboratorio nos que primeiro hai que facer a célula pasivamente permeable ao ADN ao expoñela a condicións que normalmente non se darían na natureza. Normalmente o que se fai é incubar as células nunha solución que contén catións divalentes, xeralmente unha solución de cloruro de calcio a temperatura baixa, e despois expoñela a un shock por un pulso de calor. Porén, o mecanismo de captación de ADN por medio da competencia inducida quimicamente por este método de transformación por cloruro de calcio non está claro. A superficie de bacterias como *E. coli* está cargada negativamente debido aos fosfolípidos e lipopolisacáridos da súa superficie, e o ADN está tamén cargado negativamente (deberían repelerse). Unha das funcións do catión divalente sería apantallar as cargas por coordinación dos fosfatos e outras cargas negativas, o que permitiría que a molécula de ADN se adherise á superficie. Suxeriuse que a exposición das células a catións divalentes en condicións frías pode tamén cambiar ou debilitar a estrutura da superficie celular facéndoa máis permeable ao ADN. O pulso térmico pénsase que crea un desequilibrio térmico entre os dous lados da membrana, que forza ao ADN a entrar na célula por poros celulares ou por zonas danadas da parede celular.

A electroporación é outro método de facer a unha célula competente. Neste método as células son sometidas durante breve tempo a un campo eléctrico de 10-20 kV/cm que se pensa crea buratos na membrana celular a través dos cales poden entrar os plásmidos. Despois do shock eléctrico os buratos volven a pecharse rapidamente polos mecanismos de reparación da membrana celulares.

### Lévedos

A maioría das especies de lévedos, incluíndo *Saccharomyces cerevisiae*, poden ser transformados por ADN exóxeno presente no medio natural ou en condicións de laboratorio. Ao expoñer lévedos intactos a catións alcalinos como os de cesio ou litio as células poden captar plásmidos de ADN. Os últimos protocolos adaptan este método de transformación utilizando acetato de litio, polietilenglicol, e ADN monocatenario. Nestes protocolos, o ADN monocatenario únese preferentemente á parede celular do lévedo, impedindo que o ADN do plásmido faga o mesmo e deixándoo dispoñible para a transformción.

A dixestión encimática, a electroporación, ou a axitación con partículas de cristal  pode utilizarse tamén para a transformación de células de lévedos.

### Plantas

Existen varios métodos para transferir ADN a células de plantas:

* A transformación mediada pola bacteria *Agrobacterium* é o método máis doado e simple de transformación. O tecido da planta (xeralmente follas) córtase en pequenos cachos, por exemplo, de 10x10mm, e mergúllanse durante 10 minutos nun fluído que contén en suspensión células de *Agrobacterium*. Ao longo da zona do corte algunhas células serán transformadas polas bacterias, as cales insertarán o seu ADN na célula. Situada nun medio seleccionado de crecemento e enraizamento, a planta volverá a crecer. Algunhas especies de plantas poden ser transformadas simplemente metendo as súas flores na suspensión de *Agrobacterium* e despois plantando as sementes nun medio selectivo. Pero por desgraza moitas plantas non son transformables por este método.
* Bombardeo con partículas. Prepáranse partículas de ouro ou volframio cubertas de ADN e dispáranse cun aparato en células dunha planta nova ou dun embrión de planta. Parte do material xenético permanecerá dentro das células e causará a súa transformación. Este método tamén permite a transformación dos plastidios das plantas. A eficiencia da transformación é menor ca no método da *Agrobacterium*, pero a maioría das plantas poden ser transformadas deste modo.
* Electroporación. Provócase a formación de pequenos buracos transitorios na membrana celular aplicando rápidos shocks eléctricos; isto permitirá que entre o ADN e transforme a planta.
* Transformación viral (transdución). O material xenético desexado empaquétase dentro dun virus de planta axeitado e inféctase a planta con el. Se o material xenético é ADN, pode recombinarse cun cromosoma e producir células transformantes. Porén, os xenomas da maioría dos virus de plantas son de ARN monocatenario, que se replica no citoplasma da célula infectada. En tales xenomas este método é unha forma de transfección e non unha verdadeira transformación, xa que os xenes inseridos nunca chegan ao núcleo celular e non se integran no xenoma do hóspede. A proxenie das plantas infectadas está libre de virus e tamén libre do xene inserido.

### Animais

A introdución de ADN en células animais denomínase xeralmente transfección.

*Artigo principal**:* Transfección.

Notas
-----

1. ↑  Alberts, Bruce; et al. (2002). *Molecular Biology of the Cell*. New York: Garland Science. p. G:35. ISBN 978-0-8153-4072-0.
2. ↑  Lederberg, Joshua (1994). *The Transformation of Genetics by DNA: An Anniversary Celebration of AVERY, MACLEOD and MCCARTY(1944) in* Anecdotal, Historical and Critical Commentaries on Genetics. The Rockfeller University, New York, New York 10021-6399. PMID 8150273.
3. ↑  Mandel, Morton; Higa, Akiko (1970). "Calcium-dependent bacteriophage DNA infection". *Journal of Molecular Biology* **53** (1): 159–162. PMID 4922220. doi:10.1016/0022-2836(70)90051-3.
4. ↑  Cohen, Stanley; Chang, Annie and Hsu, Leslie (1972). "Nonchromosomal Antibiotic Resistance in Bacteria: Genetic Transformation of Escherichia coli by R-Factor DNA". *Proceedings of the National Academy of Sciences* **69** (8): 2110–4. PMC 426879. PMID 4559594. doi:10.1073/pnas.69.8.2110. Arquivado dende o orixinal o 05 de decembro de 2019. Consultado o 19 de agosto de 2012.
5. ↑  Hanahan, D. (1983). "Studies on transformation of Escherichia coli with plasmids". Journal of Molecular Biology 166 (4): 557–580. doi:10.1016/S0022-2836(83)80284-8. PMID 6345791.
6. ↑  Wirth, Reinhard; Friesenegger, Anita and Fiedlerand, Stefan (1989). "Transformation of various species of gram-negative bacteria belonging to 11 different genera by electroporation". *Molecular and General Genetics MGG*. Arquivado dende o orixinal o 19 de setembro de 2019. Consultado o 19 de agosto de 2012.
7. ↑  Palmiter, Richard; Ralph L. Brinster, Robert E. Hammer, Myrna E. Trumbauer, Michael G. Rosenfeld, Neal C. Birnberg & Ronald M. Evans (1982). "Dramatic growth of mice that develop from eggs microinjected with metallothionein−growth hormone fusion genes". *Nature* **300** (5893): 611–5. PMID 6958982. doi:10.1038/300611a0.
8. ↑  Nester, Eugene. "Agrobacterium: The Natural Genetic Engineer (100 Years Later)". Arquivado dende o orixinal o 19 de outubro de 2012. Consultado o 14 January 2011.
9. ↑  Zambryski, P.; Joos, H.; Genetello, C.; Leemans, J.; Montagu, M. V.; Schell, J. (1983). "Ti plasmid vector for the introduction of DNA into plant cells without alteration of their normal regeneration capacity". The EMBO Journal 2 (12): 2143–2150. PMC 555426. PMID 16453482. .
10. ↑  Peters, Pamela. "Transforming Plants - Basic Genetic Engineering Techniques". Arquivado dende o orixinal o 16 de marzo de 2010. Consultado o 28 January 2010.
11. ↑  Voiland, Michael; McCandless, Linda. "DEVELOPMENT OF THE "GENE GUN" AT CORNELL". Consultado o 28th january 2010.
12. ↑  Chen I, Dubnau D (2004). "DNA uptake during bacterial transformation". *Nat. Rev. Microbiol.* **2** (3): 241–9. PMID 15083159. doi:10.1038/nrmicro844.
13. ↑  Lacks, S.; Greenberg, B.; Neuberger, M. (1974). "Role of a Deoxyribonuclease in the Genetic Transformation of Diplococcus pneumoniae". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 71 (6): 2305–2309. PMC 388441. PMID 4152205. .
14. ↑  Long, C. D.; Tobiason, D. M.; Lazio, M. P.; Kline, K. A.; Seifert, H. S. (2003). "Low-Level Pilin Expression Allows for Substantial DNA Transformation Competence in Neisseria gonorrhoeae". Infection and immunity 71 (11): 6279–6291. PMC 219589. PMID 14573647. .
15. ↑  Sisco, K. L.; Smith, H. O. (1979). "Sequence-specific DNA uptake in Haemophilus transformation". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 76 (2): 972–976. PMC 383110. PMID 311478. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=383110.
16. ↑  Large-volume transformation with high-throughput efficiency chemically competent cells. Focus 20:2 (1998).
17. ↑  Ito, H; Fukuda, Y; Murata, K; Kimura, A (1983 Jan). "Transformation of intact yeast cells treated with alkali cations.". *Journal of bacteriology* **153** (1): 163–8. PMID 6336730.
18. ↑  Gietz, RD; Woods, RA (2002). "Transformation of yeast by lithium acetate/single-stranded carrier DNA/polyethylene glycol method.". *Methods in enzymology* **350**: 87–96. PMID 12073338.
19. ↑  Gietz, RD; Schiestl, RH; Willems, AR; Woods, RA (1995 Apr 15). "Studies on the transformation of intact yeast cells by the LiAc/SS-DNA/PEG procedure.". *Yeast (Chichester, England)* **11** (4): 355–60. PMID 7785336.
20. ↑  Spencer, F.; Ketner, G.; Connelly, C.; Hieter, P. (1 August 1993). "Targeted Recombination-Based Cloning and Manipulation of Large DNA Segments in Yeast". *Methods* **5** (2): 161–175. doi:10.1006/meth.1993.1021.
21. ↑  Schiestl, Robert H.; Manivasakam, P.; Woods, Robin A.; Gietzt, R.Daniel (1 August 1993). "Introducing DNA into Yeast by Transformation". *Methods* **5** (2): 79–85. doi:10.1006/meth.1993.1011.
22. ↑  Costanzo, MC; Fox, TD (1988 Nov). "Transformation of yeast by agitation with glass beads.". *Genetics* **120** (3): 667–70. PMID 3066683.

Véxase tamén
------------

### Outros artigos

* Conxugación bacteriana
* Transdución
* Transfección

### Ligazóns externas

* Animación da transformación bacteriana
* "Ready, aim, fire!" Bombardeo de células cunha pistola de partículas

|  |  |
| --- | --- |
| Control de autoridades | 
* Wd: Q461499
* EBID: ID
* JSTOR: genetic-transformation
* MAG: 204241405
* PSH: 823

 |

|  |  |
| --- | --- |
| Identificadores | 
* MeSH: D014170
* MeSH: G05.728.865
* UMLS: C0040684

 |