Revista de Divulgación Científico-Tecnológica del Gobierno del Estado de Morelos

La bacteria Rhizobium etli y su utilidad en los estudios de recombinación


Archivo: Biología y Genética Molecular

Dr. César Rodríguez Sánchez / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
Centro de Ciencias Genómicas, UNAM.

Las bacterias han desarrollado distintas estrategias para la asimilación de compuestos orgánicos e inorgánicos utilizados para su crecimiento y desarrollo. El nitrógeno y los compuestos nitrogenados son requeridos para sintetizar sus componentes esenciales, aunque el N2 representa el 78% de los gases atmosféricos, solamente algunos organismos procariotes pueden captarlo y reducirlo a amonio, los demás organismos sólo lo asimilan en sus formas combinadas como nitrito, nitrato, amonio o compuestos orgánicos (Fig1).
           La fijación biológica del nitrógeno está limitada a los procariontes y dentro de ellos encontramos a las gram-positivas, negativas, anaeróbios obligados, facultativos y bacterias aeróbicas. En particular las bacterias de los géneros Rhizobium, Bradyrhizobium, Azorhizobium y Sinorhizobium establecen relaciones mutualistas con las raíces de algunas leguminosas, en donde se requieren de varios mecanismos tanto de la bacteria como de la planta, para formar las estructuras altamente diferenciadas llamadas “nódulos” (Fig 2), donde se realiza la fijación del nitrógeno atmosférico.
Como sabemos las características de los organismos están codificadas en la molécula del ADN (ácido desoxiribonucléico, (Fig 3) constituyendo su genoma, que en las bacterias está formado por el cromosoma y en algunas de ellas, además presentan plásmidos (ADN extracromosomal). Con el avance de la ciencia y los adelantos tecnológicos, actualmente conocemos la secuencia nucleotidica del ADN de diferentes organismos pertenecientes a alguna de las tres grandes divisiones del mundo vivo: Bacteria, Archaea y Eucarya.
Desde el punto de vista de la biología es básico conocer la anatomía y fisiología de los organismos, y una manera de adentrarse a éste conocimiento es hacerlo a través de la investigación en la dinámica del genoma. La cual nos lleva a conocer el fantástico mundo de la recombinación (intercambio entre secuencias de ADN repetidas), que sirven para formar y reformar los genomas de todos los organismos. De manera que los rearreglos genéticos dentro y entre las secuencias reiteradas, proveen por tanto una potente fuerza evolutiva que sirve tanto para promover diversidad como para conservar la identidad genética.
La bacteria de Rhizobium se vuelve un organismo modelo para estudiar los diferentes mecanismos que ocurren en el área de la recombinación debido a las características de su genoma: 1) la alta cantidad de material genético presente en plásmidos que va de un 25% hasta un 50% (Fig.4), 2) el alto número de secuencias reiteradas y por consiguiente, 3) la presencia de rearreglos genómicos que constituyen una causa importante de variabilidad en la población.
           En R. etli se han caracterizado rearreglos genómicos en cuya generación participan reiteraciones tanto cromosomales como plasmídicas y se han identificado regiones específicas de ADN que tienen el potencial para ser amplificadas o deletadas como una unidad (amplicones). El plásmido simbiótico (pSim) debido a su participación en la fijación biológica del nitrógeno, es uno de los plásmidos más estudiados y en México fue el primer plásmido que se secuenció completamente.
El pSim, se caracteriza por presentar una gran cantidad de secuencias reiteradas que comparte intramolecularmente e intermolecularmente y que potencialmente son sitios para usarse en recombinación (Fig 5). Así el pSim ha sido de gran utilidad para estudiar la dinámica genómica de R. etli, donde se han podido caracterizar y evaluar la frecuencia a la cual ocurren los siguientes eventos de recombinación como son: cointegración 10-2, amplificación 10-3, deleción 10-4, translocación 10-4, conversión génica (CG) 10-5 e inversiones 10-6 .
Debido a la importancia de la recombinación en el mundo biológico, me he preocupado por transmitir de manera sencilla las bases moleculares por las cuales se dan estos fenómenos y explicar parte de los resultados que se han obtenido en el laboratorio a los estudiantes de diferente nivel académico que participan en la Semana Nacional de Ciencia y Tecnología del Estado de Morelos, labor que vengo desempeñando desde el 2002.
           Durante los últimos años en el laboratorio del Programa de Ingeniería Genómica he trabajado en proyectos de investigación dirigidos por el Dr. David Romero enfocados al estudio de CG en el pSim de R. etli CFN42. El interés por la CG se debe a que ofrece un mecanismo interesante de transferencia no recíproca de ADN que permite evaluar la capacidad para homogenizar o corregir secuencias de ADN reiterado interdisperso en el cromosoma o plásmidos y puede tener direccionalidad (Fig. 6).
En el pSim de R. etli CFN42, los miembros de la familia multigénica de la nitrogenasa, participan activamente en recombinación y además entre sus miembros se presenta una alta homogenidad en secuencia nucletídica dentro de la especie y entre los individuos de la especie, lo que parece implicar variación concertada para esta familia. Desde el punto de vista de la evolución concertada la CG ofrece una excelente alternativa para explicar el nivel de conservación de secuencia de ADN.
          En el laboratorio empleamos diferentes técnicas microbiológicas para mantener, cultivar, estudiar y analizar a Rhizobium. Además de utilizar diferentes herramientas de genética y biología molecular (Fig 7) para hacer la caracterización molecular de los diferentes eventos involucrados en la recombinación del genoma de ésta bacteria (Fig 8).
Recientemente se diseño un sistema experimetal que permite aislar los eventos de CG asociados con los entrecruzamientos y recuperar todos los productos de recombinación. Empleando este sistema, ha sido posible el definir los parámetros básicos de CG en la cepa control y se ha evaluado la participación de algunos genes involucrados en las diferentes etapas de la recombinación. Actualmente, estoy desarrollando el proyecto “Mutantes en recombinación (addAB y recF) en conversión génica (CG) asociada a cointegración en Rhizobium etli CFN42”.
Finalmente, hago una invitación para que el público interesado y estudiantes en particular, visiten al Centro de Ciencias Genómicas (CCG,UNAM) se acerquen a los diferentes grupos de investigación y conozcan la Licenciatura en Ciencias Genómicas.

Fig.1 El cíclo del nitrógeno.            Fig. 2 Nódulos fijadores de nitrógeno.          Fig. 3 Modelo y estructura del ADN.
(Tomado de Molecular Biology of the Cell)

 

Fig 4. El genoma de Rhizobium etli CFN42 y el perfíl de plásmidos.

Fig 5. El plásmido simbiótico de R. etliCFN42. Con las flechas internas se muestran los sitios posibles para recombinar.

Fig 6 Diagrama que muestra el proceso de conversión génica entre dos secuencias homólogas y el evento de entrecruzamiento

 

 

 


César Rodríguez Sánchez recibió el título de Biólogo y los grados de Maestro en Ciencias y Doctor en Investigación Biomédica Básica por la UNAM. Realizó una estancia posdoctoral en la Universidad de Indiana, Estados Unidos. Ha impartido cursos desde el nivel medio superior a posgrado, ha dirigido tesis, servicios sociales y estancias del verano de la investigación. Lo han invitado a impartir conferencias en diferentes foros. Es el coordinador académico del Módulo de Biología en el programa “Pensamiento Científico en el Aula” de la Academia de Ciencias de Morelos (ACMor). Actualmente es Técnico Académico Titular “B” del Programa de Ingeniería Genómica del CCG, UNAM.