REGULACIÓN DEL CICLO DEL FAGO λ
En los años 50, A. Lwoff, observó que cepas de E.coli sometidas a UV, después de 90’, dejaban de crecer y lisaban, liberando fagos λ. Si estos fagos λ infectaban otras cepas de E.coli, algunas lisaban, mientras que otras seguían creciendo, a no ser que se las sometiese a radiación UV, cuando lisaban y liberaban fagos. Este ciclo debía estar regulado a nivel de transcripción. Fue estudiado por Jacob y Monod, que ganaron el Nobel. Fago λ Tiene DNA de cadena doble, lineal, pero tiene extremos cohesivos cos, que al entrar en las células bacterianas se circularizan. El DNA tiene unas 48,5 Kb, aproximadamente unos 40 genes. Muchos de estos genes están organizados en forma de operones, en muchos casos. Diferenciaríamos entre genes tempranos y tardíos. Dentro de los tempranos distinguiríamos entre inmediatos y retardados. Cuando el fago entra en una bacteria, siempre se inicia una la síntesis de los genes tempranos. Si se expresan los genes tardíos, se entrará en fase lítica. Genes tempranos inmediatos Gen N: Codifica una proteína, N, que es un factor antiterminador, que provoca la expresión de los genes tempranos retardados. Gen cro: Impide la síntesis del represor. Acaba la expresión de los genes inmediatos tempranos cuando ya no se necesitan. Genes tempranos retardados
Genes de recombinación Genes de replicación Genes de regulación: cII, cIII y Q cII y cIII son necesarios para iniciar la transcripción del gen cI Q codifica la proteína Q, que es un factor antiterminador que permite la transcripción de los genes tardíos Una vez se ha sintetizado la proteína N, ésta proteína impide que la polimerasa se detenga en el terminador, permitiendo que se transcriban los genes que hay al otro lado. Permiten saltarse los terminadores. Los genes tardíos se sintetizan a partir de un promotor, el PR’. Es constitutivo, pero tiene un terminador TR’ situado. Si no hay proteína Q, no se podrá superar el terminador. Por lo tanto, es la proteína Q la que permite sintetizar los genes tardíos. La lísis está ligada a la antiterminación. Se necesita que los genes tempranos inmediatos esten adyacentes a los retardados, solo separados por lo terminadores. Estos procesos de antiterminación se pueden dar en muchos fagos, pero se descubrieron en λ. Se conocen como genes adyacentes aquellos genes separados únicamente por los terminadores. El lugar de reconocimiento es diferente del lugar de actuación. Son básicas para este proceso las cajas nut. La proteína N actuará en la caja nut, permitiendo así a las polimerasas sobrepasar los terminadores. Conocemos dos cajas nut, la nutL y la nutR, en función de si permiten sobrepasar el terminador TL o TR1. Estas cajas nut son las que permiten pasar de los genes inmediatos tempranos a los retardados. Cuando la polimerasa pasa por la caja nut, la proteína N se le une, permitiendo así que supere los terminadores. La caja qut desempeña una función idéntica en la antiterminación para pasar a los genes tardíos. Además de la proteína N harán falta otros factores, que serán los factores Nus, como Nus A, Nus B – S10 o Nus G. Sin estos factores no habrá antiterminación. En principio Nus A sería un factor terminador, pero a partir de N se organiza un complejo proteico necesario para que la polimerasa no se detenga en los terminadores.
Esporulación en B.subilis
Puede existir en 2 fases morfológicamente diferenciadas. Puede ser una célula vegetativa normal en un medio rico, o se una célula vegetativa en un medio pobre. En un medio rico, se dividirá por multiplicación, pero en un medio pobre se dará una división asimétrica. El resultado de esta división será de dos células. Una célula dará lugar a la espora, mientras que la otra célula lisará. Este proceso está regulado transcripcionalmente. El proceso dura unas 8 horas e implica grandes cambios en las características y capacidades de la bacteria. Algunos genes de la etapa vegetativa dejan de expresarse y se expresan otros que antes no se expresaban. La esporulación va asociada a cambios en la subunidad σ. Dependiendo de la subunidad σ que esté asociada en un momento dado, se reconocerán unos u otros promotores. Normalmente se denominaba a las unidades σ por el peso molecular, pero actualmente se emplean letras. LA σ característica de las bacterias y la mayoritaria es la σ55 o σA. Esta forma se encuentra en un 90% de los casos. El cambio de la subunidad σ provocará que se reconozcan otros promotores. En ambos compartimentos sucede lo mismo, al cambiar la subunidad σ se inicia la transcripción de diferentes genes, entre los que habrá otra unidad σ. Esta unidad σ sustituirá a la que está unida a la polimerasa, iniciando la transcripción de otros genes. Este proceso se irá dando hasta que se forme la espora y la célula madre lise.
Resulta básico para el funcionamiento del proceso el hecho de que E y F han de activarse solo en la parte que les toca, por lo que deberán estar inhibidos allí donde no se les necesita. Actualmente se sabe que: F puede formar un complejo con SpoIIAB, de manera que si se libera de esa proteína, resultará activado. SpoIIAB está controlado por SpoIIAA. Si SpoIIAA no está fosforialdo, se puede unir a SpoIIAB, con lo que esta proteína no se podrá unir a σF, que será activa. Si AA está fosforilado, σF será activo. El encargado de fosforilar SpoIIAB es SpoIIE, sólo en la espora. El proceso de activación de σE es más complejo, y se da por rotura proteolítica, mediante la proteasa SpoIIGA, que está situada en el tabique de separación de espora y célula. Esta proteína resulta activada por SpoIIR, que se transcribe por acción de la polimerasa unida a σF. El proceso de activación de σK es muy similar al de la σE, pero con IVF y IVB en lugar de GA y R. Este proceso está muy claro en los esquemas. La activación de SpoOA se da por fosforilación, respondiendo a señales externas, debido a ciertas condiciones ambientales, en un proceso mediado por quinasas. La activación de SpoOA activa la cascada de factores σ que se ha descrito anteriormente. Se ha de tener en cuenta que existe comunicación entre ambos compartimentos de la célula, tanto espora como célula madre. Existen otros organismos procariotas que pueden tener diferentes unidades σ, como por ejemplo E.coli. El cambio de unidades σ se como respuesta al cambio de determinadas condiciones ambientales, activando así los genes necesarios para responder a esa condición. E.coli tiene como principal σ la 70, pero también podemos encontrar otras como la 32 o la 54. Los genes que las codifican son respectivamente rpoD, rpoH y rpoN. Se sustituye la 70 por la 32 en condiciones de shock térmico, permitiendo así la transcripción de 17 genes. Uno de los primeros genes en transcribirse, aún por la 70 es el rpoH, que permitirá la posterior transcripción del resto de genes. La unidad 54 se activa cuando en el medio no hay N suficiente, permitiendo así el aprovechamiento de fuentes alternativas de N.
