¿Qué sucederá si replico un plásmido con un gen deseable y lo transfiero a diferentes organismos?

Ooof, esa es una pregunta complicada, quizás en parte debido a la forma en que está redactada: la respuesta dependerá mucho de cosas como “¿de qué tipo de organismo estamos hablando aquí? ¿Bacterias? ¿Ranas? ¿Levadura? ¿Humanos? ¿Arqueas?” y también en “¿bajo qué tipo de escala de tiempo estamos buscando medir los resultados?” y “¿de qué condiciones estamos hablando?”

Muchas de las respuestas que se han dado ya aluden al hecho de que, en la mayoría de los casos, debe considerar si el plásmido puede mantenerse de forma estable en el organismo de destino.

• ¿El ADN plasmídico entrante será degradado por las nucleasas del huésped, tal vez en base a un sistema de modificación de restricción o alguna forma de “respuesta inmune” basada en CRISPR … tal vez?
• ¿Se mantendrá establemente si sobrevive a estos sistemas de degradación, ya sea como un plásmido o mediante algún tipo de recombinación en el ADN del huésped (menos probable, un proceso bastante ineficiente, pero ciertamente no inconcebible) … tal vez?
• ¿Se expresarán los genes en el plásmido, si se mantiene, los promotores y / o los elementos necesarios para la transcripción y traducción del gen están presentes y son compatibles con la maquinaria de transcripción y traducción de la célula huésped?
• ¿La composición GC: AT del plásmido entrante es similar a la del genoma del huésped, o HNS o proteínas asociadas a nucleoides similares conducirán al silenciamiento del ADN plasmídico?
• ¿El contenido de codones de los genes codificados por el plásmido entrante es compatible con una buena traducción por parte de la maquinaria del huésped?
• ¿Se necesitan chaperonas para plegar adecuadamente los nuevos genes? ¿Se necesitan cofactores, y si es así, están presentes sus vías biosintéticas? ¿Hay alguna proteasa (s) presente en la célula huésped que degrada las proteínas codificadas por el plásmido?

De hecho, existen numerosas barreras para la transferencia horizontal de genes, como el ejemplo del plásmido en la pregunta aquí que se mueve de una especie a otra, pero tenga en cuenta que la transferencia horizontal de genes ocurre literalmente TODO EL TIEMPO. Probablemente ha habido millones, billones, billones de eventos de transferencia horizontal de genes en el mundo mientras escribía esta oración, y sí, muchos de ellos serán ignorados, silenciados o sin importancia, eventos neutrales o incluso nocivos, con los eventos entrantes. El ADN rápidamente se pierde, se silencia o lo que sea.

SIN EMBARGO, la parte clave de su pregunta es la frase “un gen deseable”: si el plásmido codifica el (los) gen (es) que le dan al organismo receptor una ventaja selectiva, en las condiciones que se están probando, entonces ahí es donde está la “magia” sucede (Por “magia”, me refiero a la evolución).

Si está hablando de bacterias de rápido crecimiento, o cualquier cosa unicelular con un tiempo de generación razonablemente similar, y el “gen deseable” le da al organismo una ventaja selectiva significativa, entonces ese organismo, o al menos, una pequeña fracción del las células presentes, tomarán ese ADN, encontrarán una forma de expresar los genes, ya sea por mutación o algún tipo de mecanismo epigenético, y triunfarán. (Por “triunfo”, me refiero a “crecer mejor que los organismos competidores presentes o que no expresan los genes favorables”).

Puede que esto no siempre funcione, pero funciona a menudo, estadísticamente hablando, y genera diversidad genética, y permite que las bacterias adquieran nuevos rasgos, por ejemplo, determinantes de resistencia a los antibióticos, especialmente si la presión selectiva involucrada es lo suficientemente grande. Si usted es una bacteria, nada en un mar de otras bacterias y varios productos químicos (fuentes de nutrientes, antibióticos, etc., etc., etc.) y alguien le pasa un plásmido que codifica genes favorables que le permiten prosperar en ese entorno, lo más probable es que lo tome y lo use (si no lo hace, una de sus celdas vecinas lo hará, estadísticamente hablando), y luego lo hará bien en ese entorno. Y tendrá más descendientes que las células vecinas que no tienen ese plásmido, y debido a la naturaleza de estas cosas, sus células descendientes también transportarán el plásmido (siempre y cuando les dé una ventaja selectiva).

Si esto sucede durante el tiempo suficiente, habrá suficiente deriva genética que el plásmido ya no se verá como “ADN extraño”, sino que se convertirá en parte del complemento “normal” de los genes de la célula: se conectará a la genética “normal” circuitos reguladores, el contenido de GC del plásmido se acercará al genoma del huésped, y tal vez, algún día, nadie podrá decir que alguna vez fue un plásmido “extraño” …

¡NADA!

Lo más probable es que no suceda nada. Para que un plásmido se replique, existe una pequeña maquinaria conocida como ‘origen de replicación’. La maquinaria no es compatible con todas las especies bacterianas. Por ejemplo, el plásmido pUC18 se replicará en E. coli pero no se replicará en Pseudomonas aeruginosa, simplemente porque no tiene la maquinaria necesaria para la replicación en Pseudomonas. Aquí es donde entran en juego los vectores Shuttle que tienen múltiples orígenes de replicación para que puedan replicarse en múltiples tipos de células.

Para resumir, digamos que está clonando su gen en pUC18 y lo transfiere a otras células Gram negativas, algunas Gram positivas y algunas células eucariotas, es muy probable que se quede con el plásmido en E. coli solo como ¡no se replicará en otros!

Lo que sugieres sucede en la naturaleza, particularmente entre los procariotas en un proceso conocido como transferencia horizontal de genes. Esto sucede principalmente entre las especies, pero últimamente hemos encontrado genes de resistencia a los antibióticos del género A en el género B. Mi sospecha es que esto es más raro debido a diferentes promotores y diferentes isótopos de ARN pol, pero de hecho sucede. De hecho, se descubrió por primera vez en 1951 con la incorporación de genes virales en genomas bacterianos (1)

(1) ESTUDIOS SOBRE LA VIRULENCIA DE CEPAS INFECTADAS POR BACTERIOPHAGE DE CORYNEBACTERIUM DIPHTHERIAE

Ahora tenemos E. coli que expresa toxinas del género Shigella y varias especies de gérmenes resistentes a múltiples fármacos (MDR) que se fruncen por transferencia horizontal de genes, lo que representa una grave amenaza para la vida humana y animal.

Con respecto a tu pregunta; Es difícil predecir la eficacia con la que podría transfectar su organismo, pero eso no debería ser un problema porque todo lo que necesita son unas pocas células identificables de las que pueda cultivar todos los organismos transgénicos que desee.

Una advertencia, el transgen expresado podría ser tóxico para su especie huésped, por lo que la concentración que puede cultivar puede ser bastante limitada.

Lo que estás describiendo se llama transformación o transfección y se ha hecho. Hay muchas formas en que NO puede funcionar, incluida la posibilidad de que una vez que lo tenga dentro de la célula receptora, se destruirá antes de que ingrese al genoma. Sin embargo, a veces puede resultar en un rasgo expresado.

Usted especificó que sería un gen deseable, que es lo que parece causar que sea una transfección estable. Si la información genética es deseable y puede transferirla con éxito dentro de la misma especie, es muy probable que al menos una transferencia genética artificial dé como resultado una expresión real.

Bueno, depende de qué organismo (eucariota o procariota) se transfiera el plásmido, ya que puede ser degradado por las nucleasas del huésped. No todos los plásmidos son compatibles con todos los hospedadores o, en otras palabras, no todos los hospedadores acomodarán un plásmido extraño.