La genética bacteriana abarca el estudio de los genes, genomas y herencia en bacterias. Las bacterias poseen una notable plasticidad genética, que les permite adaptarse rápidamente a cambios ambientales mediante mecanismos de mutación y transferencia horizontal de genes.

Organización del Genoma Bacteriano

El cromosoma bacteriano es una única molécula de ADN bicatenario circular típicamente de 0.5-10 Mb, organizada en una región nucleoide sin membrana nuclear — E. coli tiene un genoma de ~4.6 Mb que codifica ~4,300 genes. Los plásmidos son moléculas de ADN extracromosómico pequeñas y circulares que se replican de forma independiente, portando genes accesorios para resistencia a antibióticos, factores de virulencia y capacidades metabólicas. Los transposones son elementos genéticos móviles que pueden moverse dentro o entre moléculas de ADN, a menudo portando genes de resistencia a antibióticos.

Mutación en Bacterias

Las mutaciones puntuales son sustituciones de una sola base (transición o transversión) que pueden alterar un aminoácido (missense), crear un codón de parada (nonsense) o no tener efecto (silenciosa). Las mutaciones de desplazamiento del marco de lectura son inserciones o deleciones de bases que desplazan el marco de lectura, generalmente produciendo una proteína no funcional. Las tasas de mutación en bacterias son aproximadamente 10⁻⁶ a 10⁻⁹ por par de bases por generación, pero pueden aumentar bajo estrés mediante la respuesta SOS. La prueba de Ames utiliza mutantes de Salmonella typhimurium para detectar mutágenos químicos.

Transferencia Horizontal de Genes

La transformación implica la captación de ADN libre del ambiente por células bacterianas competentes; la competencia natural ocurre en Bacillus subtilis, Streptococcus pneumoniae y Neisseria gonorrhoeae. La conjugación es la transferencia directa de ADN de célula a célula mediante un pilus conjugativo, codificado por el plásmido F (fertilidad) en E. coli, y puede transferir plásmidos y genes cromosómicos entre diferentes especies. La transducción es la transferencia de ADN bacteriano por bacteriófagos — la transducción generalizada transfiere cualquier fragmento cromosómico, mientras que la transducción especializada transfiere genes específicos adyacentes al sitio de integración del fago.

Regulación Génica

El operón lac en E. coli es el modelo clásico de regulación génica inducible, controlado por el represor lac y la proteína activadora de catabolitos (CAP). El operón trp es un sistema represible regulado por los niveles de triptófano mediante atenuación y el represor trp. La detección de quórum permite a las bacterias regular la expresión génica en respuesta a la densidad poblacional utilizando moléculas autoinductoras como las N-acil homoserina lactonas.

Aplicaciones

La ingeniería genética utiliza plásmidos bacterianos y enzimas de restricción para clonar genes y producir proteínas recombinantes como insulina, hormona del crecimiento y vacunas. El seguimiento de genes de resistencia a antibióticos se aplica en entornos clínicos y ambientales. CRISPR-Cas9, derivado de la inmunidad adaptativa bacteriana, se ha convertido en una herramienta revolucionaria para la edición del genoma.