A la identificación de elementos IS en E. coli
los elementos IS fueron detectados por primera vez por los efectos causados si estos elementos se integran en el lac (Malamy, 1966, 1970) y Gal operons (Saedler y Starlinger, 1967a,b; Jordan et al., 1967; Adhya y Shapiro, 1969)de E. coli y en el operón derecho temprano de su bacteriófago lambda (Brachet et al., 1970)., Los elementos causan una mutación nula del gen en el que se integran y un efecto polar muy fuerte sobre todos los genes del operón ubicados distalmente al gen mutado. Las mutaciones revierten al tipo salvaje espontáneamente, pero la frecuencia de reversión no podría ser aumentada por mutágenos. Esto levantó la sospecha de que las mutaciones no eran mutaciones puntuales, sino reordenamientos del ADN.,
se podría demostrar que la mutación añadió ADN al operón gal comparando la densidad del bacteriófago lambda dgal transductor que portaba o no la mutación y que por lo demás era isogénico (Jordan et al., 1968; Shapiro, 1969). Esto excluía la posibilidad de que las mutaciones fueran causadas por una inversión del ADN. Para distinguir entre las dos posibilidades restantes, duplicación de parte del operón gal o inserción en este operón de ADN no relacionado, Michaelis et al., (1969) compararon el ADN mutado y el no mutado hibridando el ARN transcrito del mutante a cualquiera de los dos ADN. Estos experimentos mostraron claramente que el ADN extra encontrado en los mutantes no se derivó del operón gal. Además, se podría demostrar que el ADN extra en dos mutantes independientes compartía al menos algunas de estas secuencias. Esto planteó la posibilidad de que los mutantes no fueran causados por la inserción de segmentos aleatorios de ADN de E. coli, sino por la transposición de elementos transponibles específicos.,
esta hipótesis se demostró cierta, cuando se investigó un mayor número de mutantes mediante la inserción de moléculas de ADN heteroduplex en el microscopio electrónico (Fiandt et al., 1972; Hirsch et al., 1972a, b; Malamy et al., 1972). En ese momento se pudieron identificar cuatro elementos diferentes. Se llamaban secuencias de inserción (IS) y se numeraban consecutivamente de IS1 a IS4. IS1 tiene aproximadamente 0.8 Kb (kilobases) de largo. El otro es elementos tienen una longitud de alrededor de 1.5 Kb. Un quinto elemento, IS5, de un tamaño similar (Blattner et al.,, 1974) y un elemento más grande de un poco más de 5 Kb, que por razones históricas se llama γ-δ(Guyer, 1978), se han detectado desde entonces, pero el número parece estar cerca de la saturación para E. coli K12.
dentro de la limitación del microscopio electrónico, los diferentes elementos IS no comparten secuencias, mientras que los diferentes aislamientos del mismo elemento son idénticos. Por supuesto, esto no excluye pequeñas diferencias de secuencia entre estos últimos.,
la hibridación de cadenas individuales de ADN apropiadas que comparten solo el elemento IS en forma complementaria, seguida de la digestión con nucleasas específicas de una sola cadena permiten el aislamiento del ADN IS en forma pura (Ohtsubo y Ohtsubo, 1976; Schmidt et al., 1976). El rápido desarrollo del análisis de restricción de ADN y los métodos de secuenciación han permitido, de hecho, la determinación de la secuencia completa de IS1 (Ohtsubo y Ohtsubo, 1978; Johnsrud, 1979), e IS2 (Ghosal et al., 1979a). La secuencia de IS4 está casi terminada en el momento de escribir este capítulo(R. Klaer et al., experimentos inéditos).,
se han empleado técnicas de hibridación ADN–ADN para buscar la presencia de elementos IS en el cromosoma E. coli. IS1 e IS2 están presentes en ∼8 y copies 5 copias, respectivamente (Saedler y Heiss, 1973). El uso de la técnica de blotting de Southern permitió la determinación exacta del número de copias de IS3 en E. coli K12 , y de IS4 . Además, se demostró que algunos de los elementos de IS se transportaban en el plásmido de fertilidad de E. coli F (Davison et al., 1975A), y sobre algunos factores R (Hu et al., 1975).,
no se sabe que los elementos IS codifiquen genes que se traducen en proteínas, aunque en el caso de IS1 la secuencia de ADN conocida no excluye la posibilidad de la traducción en un (pocos) péptido (s) de tamaño limitado. La longitud de los elementos IS impide la formación de grandes proteínas. Por lo tanto, los efectos conocidos de los elementos IS se limitan a la posición, donde están integrados, y a las secuencias de ADN adyacentes en la posición cis. Estos efectos se describen en las siguientes secciones.
otra clase de elementos de ADN transponibles se ha descrito desde 1974., Se llaman transposones. Como regla general, son más grandes que los elementos y se detectan por efectos que son causados por la proteína codificada en el ADN de transposón. Los primeros transposones descritos codifican la resistencia a los antibióticos, y la mayoría de los transposones conocidos llevan genes de resistencia (Datta et al., 1971; Hedges y Jacob, 1974; para revisiones, véase Cohen, 1976; Kleckner, 1977). Sin embargo, existen transposones que codifican una enterotoxina de E. coli (So et al., 1979), o genes para la fermentación de la lactosa (Cornells et al., 1979)., Tn3, además de llevar un gen Para β lactamasa, también lleva genes implicados en el proceso de transposición (Heffron et al., 1977; Gill et al., 1978; Chou et al., 1979). Lo mismo parece ser cierto para Tn5 (Berg et al., 1978).
Los transposones se encuentran en la naturaleza como partes de plásmidos. La transposición entre plásmidos explica la variabilidad encontrada con respecto a la resistencia a múltiples fármacos de diferentes plásmidos. En el laboratorio se ha detectado transposición al genoma del bacteriófago así como transposición al cromosoma bacteriano., Ninguno de los transposones conocidos, sin embargo, es un constituyente natural del cromosoma E. coli K12.
la literatura sobre transposones se está expandiendo rápidamente, y para una descripción de los muchos transposones diferentes conocidos en el momento de escribir este artículo, el lector se remite a revisiones más completas de este tema.
Todos los transposones investigados hasta ahora tienen una estructura común: llevan una secuencia de ADN repetida en sus terminales, y genes codificadores de ADN únicos entre estas secuencias de ADN repetidas. En la mayoría de los casos, las secuencias de ADN repetidas se invierten entre sí., Su tamaño es variable. En algunos transposones, las repeticiones invertidas son de aproximadamente 1,5 Kb, y hay razones para sospechar que estas secuencias son elementos IS transponibles de forma independiente. En otros casos, el ADN repetido es solo de aproximadamente 0.15 Kb (por ejemplo, Tn1-3, que codifica la resistencia a la ampicilina (Heffron et al., 1975; Kopecko y Cohen, 1975).
en el caso de Tn9, que codifica la resistencia al cloranfenicol (McHattie y Jackowski, 1977), y Tn1681, que codifica la enterotoxina de E. coli (So et al., 1979), la secuencia repetida en la terminal es IS1., En este último caso, las dos copias de IS1 se invierten relativamente entre sí, mientras que en el primer caso las dos copias de IS1 son repeticiones directas. Como se sabe a partir de la secuencia de ADN de IS1 que este elemento en sí está terminado por pequeñas repeticiones de ADN no coincidentes, la regla general de que los mismos terminales de transposones son repeticiones invertidas se conserva incluso para Tn9. De hecho, en el caso de IS2 (Ghosal et al., 1979a) e IS4 (Habermann et al., 1979), las repeticiones invertidas se encuentran en sus termini., La Generalidad de esta observación puede incluso implicar un papel de estas repeticiones invertidas en el proceso de transposición.