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En las bacterias, la expresión de la información genética constituye un proceso altamente organizado y dinámico mediante el cual la secuencia de nucleótidos almacenada en el ácido desoxirribonucleico se convierte en estructuras funcionales, principalmente proteínas. Este flujo direccional de información, desde el ácido desoxirribonucleico hacia el ácido ribonucleico y posteriormente hacia la proteína, se fundamenta en la complementariedad de bases, en la especificidad de reconocimiento molecular y en la actividad coordinada de complejos macromoleculares especializados. La transcripción y la traducción no son simplemente etapas sucesivas, sino fenómenos estrechamente acoplados en el citoplasma bacteriano, debido a la ausencia de compartimentación nuclear.
La transcripción es el proceso mediante el cual la información genética contenida en una secuencia específica de ácido desoxirribonucleico se copia en una molécula de ácido ribonucleico mensajero. Este fenómeno es catalizado por una enzima denominada ácido ribonucleico polimerasa dependiente de ácido desoxirribonucleico. Dicha enzima reconoce regiones particulares del genoma conocidas como promotores, que constituyen señales de inicio para la síntesis de ácido ribonucleico. El reconocimiento inicial no depende exclusivamente del núcleo catalítico de la enzima, sino de una subunidad reguladora denominada factor sigma. El factor sigma confiere especificidad al complejo enzimático, permitiéndole identificar secuencias consenso localizadas en posiciones definidas aguas arriba del sitio de inicio de la transcripción.
Las secuencias promotoras y operadoras se sitúan inmediatamente antes de la región codificante del gen o de un conjunto de genes organizados en operones. El factor sigma se une a estas regiones y facilita el anclaje estable de la ácido ribonucleico polimerasa al ácido desoxirribonucleico. Una vez establecido el complejo de iniciación, la enzima separa localmente las hebras del ácido desoxirribonucleico y comienza la incorporación secuencial de ribonucleótidos complementarios a la hebra molde. Este proceso continúa hasta que se alcanza una señal de terminación, momento en el cual la molécula de ácido ribonucleico recién sintetizada es liberada.
Es relevante señalar que muchas bacterias poseen múltiples factores sigma. Cada uno de ellos reconoce un conjunto distinto de promotores, lo que permite la activación coordinada de grupos específicos de genes en respuesta a condiciones ambientales particulares. Por ejemplo, ante un aumento brusco de temperatura, la bacteria puede expresar un conjunto de proteínas de choque térmico que estabilizan otras proteínas desnaturalizadas. De manera similar, en situaciones de carencia nutricional o durante la esporulación, se activan programas transcripcionales alternativos que aseguran la supervivencia celular. Esta versatilidad regulatoria demuestra que la transcripción no es un proceso constitutivo e invariable, sino altamente modulable.
Desde el punto de vista farmacológico, la ácido ribonucleico polimerasa bacteriana representa un blanco terapéutico importante. La rifampicina, un antibiótico de uso frecuente en el tratamiento de la tuberculosis, se une específicamente a la enzima bacteriana e inhibe la elongación de la cadena de ácido ribonucleico. Esta selectividad se debe a diferencias estructurales entre la enzima bacteriana y las polimerasas de las células eucariotas, lo que permite interferir con la síntesis de ácido ribonucleico en el microorganismo sin afectar significativamente a la célula hospedadora.
Una vez sintetizado el ácido ribonucleico mensajero, la información que contiene debe ser traducida en una secuencia de aminoácidos. El código genético se organiza en tripletes de nucleótidos denominados codones. Cada codón especifica un aminoácido determinado o bien actúa como señal de inicio o de terminación. Existen sesenta y cuatro combinaciones posibles de tripletes, que codifican veinte aminoácidos estándar, además de los codones de inicio y de terminación. La redundancia del código, conocida como degeneración, implica que varios codones pueden especificar un mismo aminoácido. Esta característica posee un valor biológico considerable, ya que ciertas mutaciones puntuales pueden no alterar el aminoácido incorporado y, por tanto, no modificar la estructura primaria de la proteína, reduciendo el impacto potencialmente deletéreo de cambios genéticos menores.
La traducción en bacterias se lleva a cabo en el ribosoma bacteriano, una estructura ribonucleoproteica de sedimentación setenta Svedberg, compuesta por dos subunidades denominadas treinta Svedberg y cincuenta Svedberg. Estas difieren estructural y funcionalmente del ribosoma eucariota de ochenta Svedberg, lo que constituye una base fundamental para la selectividad de numerosos antibióticos. La iniciación de la traducción comienza cuando la subunidad pequeña del ribosoma se une al ácido ribonucleico mensajero en una región próxima al codón de inicio. Simultáneamente, un ácido ribonucleico de transferencia iniciador cargado con formilmetionina reconoce el codón de inicio, generalmente adenina-uracilo-guanina. La formilmetionina es un aminoácido modificado característico de las bacterias, lo que subraya diferencias adicionales con los organismos eucariotas.
La formación del complejo de iniciación se completa con la asociación de la subunidad grande del ribosoma. A partir de este momento, la elongación de la cadena polipeptídica ocurre mediante la incorporación secuencial de aminoácidos transportados por ácidos ribonucleicos de transferencia específicos. Cada ácido ribonucleico de transferencia posee un anticodón complementario al codón correspondiente del ácido ribonucleico mensajero, asegurando la fidelidad del proceso. El ribosoma cataliza la formación de enlaces peptídicos entre los aminoácidos adyacentes y se desplaza a lo largo del ácido ribonucleico mensajero en dirección cinco prima a tres prima, avanzando un codón en cada ciclo.
La síntesis continúa hasta que uno de los codones de terminación ingresa en el sitio activo del ribosoma. Dado que no existe un ácido ribonucleico de transferencia complementario para estos codones, intervienen factores de liberación que promueven la disociación del complejo y la liberación de la proteína recién sintetizada al citoplasma. En bacterias, el ácido ribonucleico mensajero puede ser policistrónico, es decir, contener la información para varias proteínas. Tras finalizar la síntesis de una proteína, el ribosoma puede reiniciar la traducción en un nuevo codón de inicio presente en la misma molécula de ácido ribonucleico mensajero, optimizando la eficiencia de la expresión génica.
La maquinaria de traducción bacteriana constituye un objetivo principal de múltiples agentes antimicrobianos. Los aminoglucósidos y las tetraciclinas se unen a la subunidad pequeña del ribosoma, interfiriendo con la lectura correcta del ácido ribonucleico mensajero o con la unión de los ácidos ribonucleicos de transferencia. Por su parte, los macrólidos y las lincosamidas se fijan a la subunidad grande, bloqueando la elongación de la cadena polipeptídica. Estas diferencias estructurales entre ribosomas bacterianos y eucariotas permiten la acción selectiva de estos fármacos.
La presencia de formilmetionina en el extremo amino terminal de las proteínas bacterianas tiene implicaciones inmunológicas. Péptidos que contienen formilmetionina actúan como señales quimiotácticas potentes para los neutrófilos, células fundamentales de la respuesta inflamatoria. Esta propiedad permite al sistema inmunitario reconocer patrones moleculares asociados a microorganismos, facilitando la detección y eliminación de bacterias invasoras.
Fuente y lecturas recomendadas:
- Madigan, M. T., Martinko, J. M., Bender, K. S., Buckley, D. H., & Stahl, D. A. (2018). Brock biology of microorganisms (15th ed.). Pearson.
- Murray, P. R., Rosenthal, K. S., & Pfaller, M. A. (2025). Medical microbiology (10th ed.). Elsevier.
- Carroll, K. C., & Pfaller, M. A. (2023). Manual of clinical microbiology (13th ed.). American Society for Microbiology Press.
- Riedel, S., Hobden, J. A., Miller, S., Morse, S. A., Mietzner, T. A., Detrick, B., Mitchell, T. G., Sakanari, J. A., Hotez, P., & Mejía, R. (2020). Microbiología médica (28ª ed.). McGraw-Hill Interamericana Editores.
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