Las bacterias mutan con facilidad porque copian su ADN muchísimas veces en muy poco tiempo, y cada copia es una ocasión de equivocarse en una letra. Además se pasan genes entre ellas, de modo que un cambio útil llega pronto a muchas células.
Mutar es cambiar el texto del ADN de forma que el cambio pasa a las células hijas. Las bacterias acumulan muchos cambios porque se dividen muy deprisa y son muchísimas. Además pueden recibir genes de otra bacteria que vive a su lado.
Esquema · proceso
El ADN de una bacteria es un texto larguísimo escrito con piezas químicas puestas en fila, las bases. Cada base hace de letra. Algunos tramos de ese texto, los genes, son instrucciones para fabricar las moléculas que hacen casi todo el trabajo de la célula, las proteínas.
Antes de dividirse, la bacteria copia todo su ADN para que cada célula hija reciba un ejemplar completo. Se parece a copiar a mano los apuntes de un curso entero para dejárselos a un compañero. Por mucho cuidado que se ponga, alguna letra puede salir cambiada. Una letra cambiada en el ADN que pasa a las hijas es una mutación.
La copia es muy fiel. La proteína que copia el ADN se equivoca una vez por cada mil millones de letras copiadas. Además comprueba cada letra recién puesta y la quita si no encaja. Después otras proteínas buscan los fallos que quedan, los cortan y rellenan el hueco. Estas revisiones reducen los errores, pero no los eliminan.
Una bacteria llamada Escherichia coli, en las mejores condiciones de laboratorio, se divide cada 20 minutos, lo que dura un recreo. Cada división dobla el número de células, así que de una salen dos, luego cuatro, luego ocho. Con tres divisiones por hora, en diez horas pasan 30 generaciones. De una sola célula, entre la cena y el desayuno, salen más de mil millones.
Cada una de esas células ha nacido de una copia completa del ADN. Quien copia casi sin fallos, pero repite el trabajo tantísimas veces, termina con muchos ejemplares que llevan alguna letra distinta. En una población grande de bacterias se acumulan así variantes, aunque todas vengan de la misma célula.
Muchos cambios de letra no estropean nada. Unos dejan la proteína idéntica y otros la cambian un poco sin impedirle trabajar. Algunos sí la alteran, y la célula funciona de otra manera. Muy pocos resultan una ventaja, y solo si las condiciones acompañan.
Una de esas condiciones es la presencia de un antibiótico. Si una bacteria tiene un cambio que le permite seguir viva y dividiéndose donde las demás mueren, es una bacteria resistente. Sus descendientes heredan el cambio y ocupan el sitio que dejan las otras. Que los mejor adaptados dejen más descendientes y su rasgo se extienda se llama selección natural.
Las bacterias tampoco dependen solo de lo que heredan. Un gen puede pasar de una bacteria a otra que ya existe y que no es su hija, lo que se llama transferencia horizontal de genes. Equivale a pasar una hoja de apuntes ya escrita al compañero de al lado. Ocurre incluso entre especies distintas que conviven.
Muchas veces lo que viaja es un anillo pequeño de ADN extra, separado del ADN principal, llamado plásmido. Una bacteria se acerca a otra con un pelo fino, se forma un puente entre las dos y el ADN pasa por él. Los plásmidos suelen llevar genes útiles para la bacteria. Una ventaja que surgió en una célula aparece así en otra sin esperar a que esta mute.
Generaciones cortas, errores de copia e intercambio de genes se suman. Juntos hacen que las bacterias evolucionen deprisa.
Esquema · bifurcación
Bacterias inofensivas que dejaron de serlo. Una bacteria puede recoger ADN suelto que otras dejaron al morir. Es lo que observó Griffith en 1928 con Streptococcus pneumoniae. Bacterias vivas e inofensivas se volvieron capaces de causar enfermedad tras estar con otras peligrosas que habían muerto por calor. Entonces nadie supo decir qué había pasado de unas a otras. En 1944, Avery, MacLeod y McCarty demostraron que era ADN. En la naturaleza esta vía rinde poco, porque hay poco ADN suelto y se incorpora mal.
Las bacterias lentas. No todas las bacterias van al ritmo de Escherichia coli. La bacteria de la tuberculosis tarda entre 15 y 20 horas en duplicarse, y la de la lepra, 14 días. La propia Escherichia coli puede tardar varios días en ambientes muy duros. Los 20 minutos son un ritmo de laboratorio, y la facilidad para mutar depende de cuántas copias se hacen de verdad.
La resistencia que viaja en un anillo. Los genes para resistir antibióticos abundan en la naturaleza, también donde no ha llegado la influencia humana, y allí ayudan a los microbios a competir por los recursos. Muchos van en plásmidos, los plásmidos R, que llevan además los genes necesarios para pasar a otra célula, sea de la misma especie o de otra. Un solo plásmido R suele dar resistencia a varios antibióticos a la vez.
Línea de tiempo
«Las bacterias copian mal su ADN». Copian muy bien, con un error por cada mil millones de letras y dos revisiones después. Los errores se acumulan porque las copias son muchísimas y muy seguidas.
«La bacteria muta para defenderse». La mutación nace de un error al copiar, y la bacteria no la elige. Casi nunca le sirve de algo. Cuando un cambio da ventaja en ciertas condiciones, esa célula deja más descendientes y el cambio se extiende.
«Toda mutación cambia a la bacteria». Hay cambios de letra que dejan la proteína igual. Muchos otros la dejan funcionando, al menos en parte.
«Los genes solo pasan de madre a hija». Esa es la vía principal en todas las células. Las bacterias tienen además la otra, la de recibir genes de una vecina.
Comparación
| Aspecto | Vía vertical | Vía horizontal |
|---|---|---|
| Origen del gen | De la célula madre al dividirse | De otra bacteria que ya existe, no es su madre |
| Quién participa | Solo la propia línea de descendencia | Dos bacterias vivas, incluso de especies distintas |
| Mecanismo típico | Copia completa del ADN antes de dividirse | Un plásmido pasa por un puente entre dos células |
| Presencia en todas las células | Sí, es la vía principal siempre | No, es una vía adicional propia de procariotas |
¿Por qué una copia que casi nunca falla termina dando tantas bacterias con cambios?
porque se repite muchísimas veces. De una célula que se divide cada 20 minutos salen más de mil millones en diez horas, y cada una nace de una copia completa del ADN.
¿Qué pasaría con el número de mutaciones si una bacteria tardara 14 días en dividirse en lugar de 20 minutos?
en el mismo tiempo haría muchas menos copias de su ADN, así que acumularía muchos menos errores de copia.
Una bacteria tiene un cambio que le permitiría aguantar un antibiótico, pero no hay antibiótico cerca. ¿Tiene ventaja sobre las demás?
no por ese cambio. Un cambio así da ventaja solo en ciertas condiciones, y sin antibiótico las demás bacterias siguen vivas y dividiéndose igual.
¿En qué se diferencia recibir un gen en un plásmido de heredarlo?
el gen heredado viene de la célula madre al dividirse. El del plásmido llega de otra bacteria que ya existe, incluso de otra especie, por un puente entre las dos.
¿Cómo pudieron cambiar las bacterias de Griffith si las peligrosas estaban muertas?
el ADN de las muertas seguía suelto. Las vivas lo recogieron y, con él, los genes que las hicieron peligrosas.
Universitario · En inglés
Edward A. Birge
Springer, 2005
Manual que repasa la genética de las bacterias y sus virus, desde los fundamentos hasta avances recientes del campo. Pensado como introducción para estudiantes universitarios avanzados, incluye preguntas de repaso, apartados de aplicación y un glosario de términos.
Universitario · En inglés
Jean F. Brisou
Taylor & Francis Group, 2017
Manual universitario sobre biofilms bacterianos: aborda la adhesión microbiana, la fisiología de las bacterias implicadas y el papel de las enzimas en estos procesos.
Universitario · En inglés
Christopher J. Kowles
Taylor & Francis Group, 2021
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Universitario · En inglés
Farshad Darvishi Harzevili, Hongzhang Chen
Taylor & Francis Group, 2014
Manual universitario sobre biotecnología microbiana, centrado en microbiología industrial, enzimas microbianas y sus aplicaciones en bioingeniería.
Institución · Universitario · En inglés
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Sociedad científica dedicada a las ciencias microbianas, con publicaciones, recursos educativos y noticias sobre microbiología para profesionales y estudiantes.
Base de datos · Universitario · En inglés
lpsn.dsmz.de
Base de datos de nomenclatura de procariotas que permite consultar la clasificación taxonómica de bacterias y arqueas por dominio, filo, clase, orden, familia, género y especie.
Institución · Universitario · En inglés
microbiologysociety.org
Sociedad científica y editorial dedicada a la microbiología, que agrupa a miles de miembros y publica revistas científicas sobre el campo. Ofrece recursos, noticias y divulgación sobre microorganismos y su impacto.
