La reproducción de las bacterias

Como la mayoría de los seres vivos los procariotas pueden reproducirse mediante métodos asexuales o sistemas parasexuales (pues no en estos organismos no se puede hablar en sentido estricto de reproducción sexual)

En bacterias, gran parte del intercambio hereditario de información se realiza por transferencia horizontal de genes, un conjunto de procesos sin formación de gametos ni meiosis, por lo que se consideran parasexuales. Este concepto contrasta con la reproducción vertical propia de la división, ya que en la primera se incorporan genes procedentes de otras células o del entorno, generando combinaciones nuevas de rasgos sin que exista un zigoto ni una fase diploide.

Reproducción asexual.

La reproducción asexual es el sistema más primitivo de reproducción, el primero en aparecer en el curso evolutivo y por lo tanto el más extendido. Consideramos éste un sistema asexual pues, a partir de una sola célula original se originan dos individuos genéticamente idénticos entre si, es decir clones. La ventaja del primer sistema, reproducción asexual es su rapidez: si una bacteria está viviendo en un ambiente adecuado puede dividirse en unos veinte minutos y generar grandes poblaciones.

Este intervalo, denominado tiempo de generación, varía ampliamente según la especie y las condiciones, de modo que Escherichia coli puede dividirse cada unos 20 minutos en cultivo óptimo, muchas bacterias ambientales requieren varias horas, y Mycobacterium tuberculosis presenta un tiempo cercano a 24 horas, reflejando la influencia de nutrientes, temperatura y estrés.

El método más habitual es la bipartición o fisión binaria en la que, a partir de una célula original, resultan dos células hijas aproxi­madamente iguales en tamaño y con la misma dotación genética: una copia de la molécula de ADN circular propia de la célula “madre” en cada una de ellas.  Podemos considerar los siguientes pasos:

1. El proceso se inicia cuando la célula ha aumentado algo su tamaño y duplica su ADN.La replicación del cromosoma se inicia en el origen específico oriC y progresa de forma bidireccional mediante complejos de replicación que avanzan hacia la región de terminación coordinándose con el crecimiento celular.
2. Las dos moléculas resultantes permanecen unidas a la membrana por sitios cercanos.
3. La célula sintetiza los componentes fundamentales de la membrana: lípidos y proteínas que se incorporan a la zona situada entre los dos puntos de unión de las moléculas de ADN. Por lo tanto la célula se alarga, especialmente en esa zona central que separa los puntos de inserción del ADN.
4. Aparece entonces en la mitad de la célula una invaginación de las envueltas externas que por estrangulación progresa y divide al citoplasma en dos partes.En el centro celular se ensambla un anillo de FtsZ, el denominado anillo Z, que recluta el divisoma y dirige la constricción de membranas y la síntesis de peptidoglicano septal. Al mismo tiempo, nuevo material de la pared se deposita en la cara externa de la membrana.
5. En poco tiempo la célula habrá formado dos células hijas que serán clones, individuos genéticamente igua­les. Afortunadamente para las bacterias la elevada frecuencia de mutaciones permite que se genere una cierta diversidad, lo que resulta fundamental para conseguir su extraordinaria adaptabilidad a los cambios ambientales.

Existen también formas menos frecuentes de multiplicación asexual. Algunas Alphaproteobacteria se reproducen por gemación, ciertas bacterias filamentosas y actinobacterias lo hacen por fragmentación, y la endosporulación en géneros como Bacillus o Clostridium constituye un proceso de resistencia y latencia, no un método de reproducción al generar una célula por otra.

Reproducción sexual.

Las bacterias, en sentido estricto, no poseen mecanismos de reproducción sexual. No se forman gametos, ni estos se fusionan en un zigoto. Sin embargo si que tienen mecanismos de intercambio de genes que conllevan la aparición de bacterias “hijas” con características diferentes a las originales, lo que es una de las principales consecuencias de los procesos sexuales.

Existen en los procariotas tres mecanismos principales de intercambio de genes:

1. Conjugación: se realiza a través de pequeños fragmentos de ADN circula denominados plásmidos. Estos plásmidos “de fertilidad” se denominan comúnmente “plásmidos F”.  Una bacteria con este plásmido (F+) actuará como bacteria donadora. Las bacterias que no tienen este plásmido (F") actúan como receptoras. El proceso más habitual de conjugación es la transferencia del ADN del plásmido de una célula F+ a una F . Esto ocurre a través de un “pilus sexual” de la célula donadora que sirve para engancharse a la receptora y tirar de ella para aproximarla. Luego se forma un puente citoplasmático entre las dos célu­las. El ADN del plásmido F se replica y una copia se transfiere por el puente a la célula receptora. Después las células, ahora las dos son donadoras, se separan. En algunas bacterias donadoras el plásmido F puede integrarse en el genoma bacteriano. En este estado el plásmido F continúa provocando la conjugación y, al hacerlo, puede arrastrar consigo una buena parte del cromosoma bacteriano y transferir genes de la bacteria donadora a la receptora.Cuando el plásmido F se integra, se originan cepas Hfr que transfieren segmentos del cromosoma en un orden definido desde el sitio de integración. La transferencia depende de genes tra y ocurre por replicación en círculo rodante a través del pilus sexual; escisiones imprecisas pueden generar plásmidos F’ que incorporan genes bacterianos. Puede señalarse que la notación más extendida para la célula receptora es F?.
2. Transducción: el material genético de una bacteria es llevado hasta otra por medio de un virus que ataca bacterias (bacteriófago).  Puesto que los virus se integran habitualmente en el cromosoma bacteriano, cuando este se replica y pasa a otras bacterias puede llevar fragmentos del ADN de la primera, actuando como un vector de reproducción parasexual.
3. Transformación. Este proceso se ha observado “in vitro”: algunas especies bacterianas son capaces de introducir ADN presente en su medio extracelular e incorporarlo a su genoma.En varias especies existe competencia natural regulada, como en Streptococcus pneumoniae, Bacillus subtilis o Neisseria spp., con captación de ADN mediada por sistemas de competencia y pilus de tipo IV. El ADN extracelular puede estabilizarse al adsorberse a partículas minerales y superficies orgánicas del suelo o del biofilm, lo que favorece su disponibilidad e integración en condiciones naturales. Se duda de la importancia de este fenómeno “in vivo”, pues el ADN aislado,  fuera de un organismo es extraordinariamente raro en la naturaleza. Tiene importancia en los procesos de ingeniería genética.