Biología · Bacterias · Cataluña · 2023

Ejercicio resuelto de Bacterias · Biología · Cataluña · 2023

Las cepas bacterianas prototróficas pueden crecer en un medio de cultivo mínimo, ya que a partir de los componentes de este medio sintetizan todas las moléculas necesarias para vivir.
En cambio, las cepas auxótrofas no pueden crecer en un medio mínimo; necesitan que el medio tenga algún componente que ya no pueden sintetizar porque han sufrido una determinada mutación.

1. En 1946 Joshua Lederberg y Edward L. Tatum hicieron un experimento con dos cepas de Escherichia coli doblemente auxótrofas:
— Cepa A: no podía crecer en un medio mínimo porque necesitaba que el medio tuviera biotina (una vitamina) y metionina (un aminoácido). Su fenotipo se simbolizó como Bio⁻ Met⁻ Thr⁺ Leu⁺.
— Cepa B: no podía crecer en un medio mínimo porque necesitaba treonina y leucina (dos aminoácidos). Su fenotipo se simbolizó como Bio⁺ Met⁺ Thr⁻ Leu⁻.
Cuando Lederberg y Tatum mezclaron la cepa A y la cepa B, obtuvieron cepas prototróficas (Bio⁺ Met⁺ Thr⁺ Leu⁺) que crecían en un medio mínimo.
Figura del ejercicio

Al interpretar el resultado del experimento, Lederberg y Tatum especularon sobre la posibilidad de que se hubiera producido una reproducción sexual en bacterias. Quizá se había formado un cigoto, en el cual se habían recombinado los genes de las dos cepas, lo cual habría originado la cepa prototrófica.
Complete la tabla siguiente: [1 punto]

Tipo de reproducción en las bacterias: Explicación o dibujo del proceso de reproducción en las bacterias: ¿Es válida la especulación de Lederberg y Tatum de 1946? Razone la respuesta.

2. Lederberg y Tatum, en el experimento descrito en el apartado anterior, habían descubierto un nuevo mecanismo de transferencia horizontal de genes entre bacterias. Como entonces ya se conocía el mecanismo de la transformación, en 1950 Bernard Davis diseñó un experimento con las cepas de E. coli usadas por Lederberg y Tatum para descartar que los resultados de estos autores fueran debidos a la transformación.
En la base de un tubo en forma de U, Davis colocó un filtro que permitía el paso del medio y de las partículas que había disueltas, pero no de las bacterias. En un lado del tubo colocó las bacterias de la cepa A y, en el otro, las de la cepa B. A continuación, con un sistema de presión/succión movía el medio a través del filtro por todo el tubo. Después sembró bacterias de los dos lados en un medio mínimo y comprobó que no crecían.
Figura del ejercicio

Complete la tabla siguiente: [1 punto]

Explique por qué el experimento de Davis descarta la transformación bacteriana.
¿Qué mecanismo de transferencia horizontal de genes habían descubierto Lederberg y Tatum en el experimento descrito en el apartado anterior?
Explique qué había pasado entre la cepa A y la cepa B en el experimento de Lederberg y Tatum, descrito en el apartado anterior, que había provocado la aparición de bacterias Bio⁺ Met⁺ Thr⁺ Leu⁺.

Solución

\textbf{1. Complete la tabla siguiente: (1 punto)}

Cuestión	Respuesta Tipo de reproducción en las bacterias	Asexual, por bipartición o fisión binaria. Explicación del proceso de reproducción en las bacterias	La bacteria replica su único cromosoma, una molécula de DNA circular anclada a la membrana plasmática. La célula crece y, al alargarse, las dos copias del cromosoma se separan hacia los extremos opuestos arrastradas por la membrana a la que están unidas. A continuación la membrana se invagina por el centro y se sintetiza un tabique de pared celular que acaba dividiendo la célula en dos células hijas, cada una con una copia del cromosoma. Las dos hijas son genéticamente idénticas entre sí y a la célula madre: no hay meiosis, ni gametos, ni fusión de núcleos, ni recombinación, de modo que la única fuente de variabilidad es la mutación. ¿Es válida la especulación de Lederberg y Tatum de 1946? Razone la respuesta.	No es válida. Para que hubiera reproducción sexual haría falta que las dos bacterias produjeran gametos por meiosis y que estos se fusionaran formando un cigoto, un individuo nuevo con los dos juegos de información. Nada de eso es posible en una bacteria: es una célula procariota, haploide, con un solo cromosoma circular, sin cromosomas homólogos que puedan aparearse y sin meiosis. Lo que ocurrió fue una transferencia horizontal o lateral de genes: una bacteria pasó a otra una copia de parte de su DNA, sin que ninguna de las dos desapareciera ni naciera un individuo nuevo. Sí hubo recombinación, pero entre el fragmento recibido y el cromosoma de la bacteria receptora, no entre dos juegos completos de cromosomas.

\textbf{2. Complete la tabla siguiente: (1 punto)}

Cuestión	Respuesta Explique por qué el experimento de Davis descarta la transformación bacteriana.	Porque el filtro separa los dos requisitos y demuestra cuál de ellos es el necesario. La transformación consiste en que una bacteria capte del medio DNA desnudo liberado por otra al morir, y para eso solo hace falta que el DNA viaje por el medio; no hace falta ningún contacto entre células. El filtro de Davis deja pasar el medio y todo lo que hay disuelto en él, incluido ese DNA libre, y lo que impide es exclusivamente el paso de las bacterias. Si el mecanismo hubiera sido la transformación, el DNA de una cepa habría atravesado el filtro, habría llegado a la otra y habrían aparecido bacterias prototróficas en alguno de los dos lados. Como no creció ninguna colonia en el medio mínimo, queda demostrado que el DNA libre no basta y que lo imprescindible es el contacto físico entre las dos bacterias, que es justo lo que el filtro impide. ¿Qué mecanismo de transferencia horizontal de genes habían descubierto Lederberg y Tatum en el experimento descrito en el apartado anterior?	La conjugación bacteriana. Explique qué había pasado entre la cepa A y la cepa B en el experimento de Lederberg y Tatum, descrito en el apartado anterior, que había provocado la aparición de bacterias Bio+ Met+ Thr+ Leu+.	Al mezclar las dos cepas en el mismo medio, sin filtro que las separase, las bacterias pudieron ponerse en contacto. Una de ellas actuó como donadora, porque llevaba el factor F, un plásmido con los genes necesarios para fabricar el pilus sexual, y emitió ese pilus hasta unirse a una célula de la otra cepa, que hizo de receptora. A través del puente citoplasmático así formado pasó una copia de una cadena de DNA de la donadora, que en la receptora se completó y se recombinó con su cromosoma. La receptora incorporó de este modo las versiones funcionales de los genes que ella tenía mutados: la cepa que no sabía fabricar biotina ni metionina recibió los alelos $bio^{+}$ y $met^{+}$ , y como ya poseía los suyos propios para la treonina y la leucina, pasó a ser Bio+ Met+ Thr+ Leu+ y pudo crecer en el medio mínimo. La alternativa, que las dos mutaciones revirtieran espontáneamente a la vez en la misma bacteria, tiene una probabilidad tan baja que queda descartada, y es precisamente la razón de que Lederberg y Tatum usaran cepas doblemente auxótrofas y no simples.

Más ejercicios de Bacterias

Ver este ejercicio en Hodeia — miles de ejercicios de selectividad resueltos y filtrables.