Recombinación Genética

Definición de recombinación genética

Larecombinación genética es un acontecimiento molecular que implica un intercambio de material entre dos moléculas de ADN de doble cadena. Generalmente se produce entre secuencias correspondientes para garantizar la conservación exacta del material genético en los filamentos recombinantes. Su frecuencia se ve afectada por efectos tanto globales como locales dentro del genoma y, por tanto, no es constante.

Proceso de recombinación genética en eucariotas

Antes de seguir adelante, hagamos un rápido repaso de lo que son los eucariotas .

Ejemplos de eucariotas son las plantas, los animales y los hongos. ¡Las células humanas son células eucariotas! ¿Cómo recombinan sus genes estas células?

El intercambio de genes entre alelos suele producirse en el curso de la reproducción sexual. Por tanto, cabe suponer que el genotipo resultante significativamente amplía la variabilidad genética de una población.

La recombinación es un proceso relativamente proceso aleatorio. La estabilidad genética, es decir, la conservación de las secuencias de ADN a lo largo de las generaciones, es crucial para la supervivencia de los individuos y las especies. Sin embargo, también es crucial que el ADN sufra reordenaciones que puedan cambiar la combinación de genes en cada genoma.

¿Por qué? Bien, piénsalo. Todos somos diferentes entre nosotros (genéticamente hablando, por supuesto) y este proceso requiere que nuestros cuerpos intercambien nuestros genes. Por tanto, la diversidad genética requiere recombinación. Además, garantiza que los niños hereden tanto los genes maternos como los paternos de ambos grupos de abuelos. Garantiza tanto la diversidad genética como la continuidad.

El intercambio genético se produce entre pares de secuencias de ADN homólogas. Los acontecimientos de recombinación están representados por la ruptura de dos moléculas de ADN de doble cadena en lugares que corresponden exactamente a los cromosomas homólogos. Aquí se produce el intercambio de ambas hebras y la reconstrucción de las dobles hélices soldando los extremos libres. Todo el proceso es tan minucioso que el número de nucleótidos de las hebras recombinadas sigue siendo el mismo. Entre los organismos que se reproducen sexualmente, la recombinación genética se produce durante el proceso meiótico por entrecruzamiento entre cromosomas homólogos.

Tipos de recombinación en genética

Como hemos aprendido anteriormente, la recombinación genética implica el intercambio físico de material genético entre elementos genéticos. Existen varios tipos de recombinación:

• La recombinación que implica una reacción entre secuencias de ADN homólogas se denomina recombinación homóloga o generalizada (Figura 1), y en los eucariotas suele producirse durante la meiosis, tanto en los machos(espermatogénesis) como en las hembras(oogénesis).

• Recombinación no homóloga: Estas interacciones tienen lugar entre moléculas de ADN que no siempre están relacionadas. El intercambio se produce generalmente a nivel de secuencias cortas y específicas de nucleótidos reconocidas por una serie de enzimas. Este tipo de recombinación, por tanto, altera las posiciones relativas de las secuencias de nucleótidos del genoma.

• Larecombinación específica de sitio promueve la recombinación entre pares específicos de secuencias y se caracterizó por primera vez en bacterias. Ésta es responsable de la integración de los genomas de los fagos en el cromosoma bacteriano.

• Los virus utilizan otro tipo de recombinación, en la que la polimerasa pasa de una plantilla a otra mientras sintetiza ARN. Como resultado, la molécula recién sintetizada fusiona información de secuencia que procede de dos progenitores diferentes. Este tipo de mecanismo se denomina elección de copia.

Figura 1. Este diagrama muestra el proceso de recombinación genética en eucariotas.

Recombinación genética en bacterias

El aumento de la variabilidad genética derivado de la mezcla de genes es importante para la supervivencia de especies como las bacterias y los virus.

En los procariotas, sin embargo, el proceso es tan distinto que a veces la recombinación ni siquiera requiere la participación de dos células enteras. Aunque se reproducen asexualmente, los procariotas tienen varias formas de recombinar sus genes. ¡Vamos a abordarlas!

• Transformación: la recombinación que se produce cuando una bacteria adquiere ADN libre del entorno. Este fenómeno se produce de forma natural en algunas especies de bacterias, cuando las células mueren y su ADN se escapa. Una vez que el ADN transformante se encuentra en la célula huésped, el cromosoma de ésta puede incorporar nuevos genes (Figura 2).

Figura 2. Esta ilustración muestra cómo se produce normalmente la transformación en las bacterias.

• Transducción: Mecanismo de transferencia del ADN de una bacteria a otra por un virus. Cuando los fagos experimentan un ciclo lítico, empaquetan su ADN en la cápside. Las cápsides suelen formarse antes de que el ADN entre en ellas, por lo que a veces puede introducirse un fragmento de ADN bacteriano en una cápside vacía; cuando el nuevo virión infecte a otra célula bacteriana, el fragmento de ADN extraño se inyectará en ella y puede recombinarse con el cromosoma del huésped, dando lugar a la sustitución de algunos genes del huésped por genes bacterianos de la célula que albergaba previamente el virus(Figura 3).
  • Este tipo de paso se denomina transducción general izada porque puede transferir aleatoriamente cualquier fragmento de ADN de una bacteria a otra.
  • También existe un mecanismo de transducción especializado que implica a los profagos: cuando el profago se desprende del cromosoma que lo aloja, lleva consigo un fragmento contiguo del ADN bacteriano.

Figura 3. La transducción bacteriana se refiere a la transferencia de ADN de una bacteria a otra por un virus.

• Conjugación: Se trata de un proceso en el que dos bacterias entran en contacto directo y la copia de una parte del ADN pasa de una bacteria donante a una receptora.
  • El proceso comienza con la aparición de uno o varios pequeños crecimientos, llamados pili sexuales en la bacteria donante. Una vez que los pili sexuales han puesto en estrecho contacto a las dos bacterias, se produce un fino puente citoplasmático entre las dos células llamado tubo de conjugación. Sólo una de las dos cadenas de ADN de la molécula donante atraviesa este puente, mientras que la cadena restante actúa como molde para reconstruir toda la molécula.
  • El contacto entre las dos células es breve, y generalmente no dura lo suficiente para permitir el paso de todo el genoma del donante a la célula receptora.
  • Una vez dentro de la célula receptora, el fragmento de ADN de la célula donante puede recombinarse con el genoma de la célula receptora. El ADN del donante se coloca junto a los genes homólogos del ADN del receptor, lo que permite que se produzca el entrecruzamiento .
  • El mecanismo de conjugación(Figura 4).
    • Formación de la pareja conjugativa F+ / F-.
    • Movilización del ADN.
    • Separación de las células conjugadoras.

Figura 4. Durante la conjugación bacteriana, las bacterias se unen y la copia de un segmento de ADN se transfiere de la bacteria donante a la receptora.

Ejemplos de recombinación genética

La recombinación genética forma parte de nosotros. Uno de los ejemplos más importantes de recombinación en los organismos que se reproducen sexualmente se produce durante el proceso meióticomediante el entrecruzamiento entre cromosomas homólogos. Aunque la meiosis sólo se produce en eucariotas, el aumento de la variabilidad genética derivado de la mezcla de genes es tan importante para la supervivencia de las especies que los procesos de recombinación también son habituales en bacterias y virus.

Otro ejemplo es cuando la propia célula se cura a sí misma de forma natural: si, por ejemplo, la célula se da cuenta de que hay una rotura en su ADN, lo que ocurrirá es que se producirá un intercambio entre un tramo homólogo de ADN, rellenando los huecos del ADN roto.

Importancia de la recombinación genética

¿Por qué es tan importante la recombinación genética? Pues bien, las diferencias genéticas entre individuos son la base sobre la que opera la selección natural para llevar a cabo la evolución y adaptación de las especies a las condiciones ambientales. La recombinación genética es fundamental para este proceso, ya que permite "revolver" los genes en diferentes combinaciones y reorganizar secuencias específicas de ADN.

La mayoría de las alteraciones que se producen en el sistema genético a través de la recombinación genética recaen principalmente sobre los que intervienen en la reparación de daños en el ADN. De hecho, en el otro lado del espectro, el papel fundamental de la recombinación genética en tales procesos se pone de manifiesto por la gravedad de las enfermedades genéticas asociadas a ellos. A menudo, estas enfermedades también se caracterizan por una mayor incidencia de tumores, debido al papel que desempeña la inestabilidad genética en su aparición (por ejemplo, el xeroderma pigmentoso).