Biologia de los microorganismos (599)

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382 D I V E R S I D A D M I C R O B I A N A
12.5 Filogenia molecular: el sentido 
de las secuencias moleculares
Todas las células contienen DNA como material genético, y el 
DNA pasa de padres a hijos. Con el tiempo, las mutaciones here-
ditarias se acumulan en las secuencias de DNA. Estas mutaciones 
se producen de manera natural y son una causa importante de las 
variaciones al azar sobre las que actúa la selección, como Darwin 
describió en su teoría de la evolución. Por tanto, la diferencia en 
secuencias nucleotídicas entre dos organismos será función del 
número de mutaciones acumuladas desde que compartieron 
un antepasado común. Por consiguiente, las diferencias en las 
secuencias de DNA se pueden utilizar para inferir relaciones evo-
lutivas. En esta sección aprenderemos cómo se usan las secuen-
cias de DNA en los análisis filogenéticos de la vida microbiana.
Obtención de las secuencias de DNA
Si bien los análisis de filogenia microbiana se basan en gran 
medida en los análisis de secuencias génicas de SSU rRNA, los 
avances en la tecnología de secuenciación del DNA (  Sec-
ción 6.2) han convertido la secuenciación genómica en una 
herramienta estándar en los análisis de filogenia microbiana. 
La obtención de una secuencia génica a partir de un microor-
ganismo es relativamente sencilla si se cultiva dicho microorga-
nismo aislado en el laboratorio. En este caso, el DNA genómico 
se aísla y se secuencia directamente o se usa para amplificar uno 
o más genes específicos mediante la reacción en cadena de la
polimerasa (PCR,  Sección 11.3).
Los cebadores de la PCR se pueden diseñar para unirse espe-
cíficamente a cualquier región de DNA de cualquier organismo. 
Existen cebadores específicos para muchos genes altamente 
conservados, como el gen SSU rRNA (Figura 12.12). Los ceba-
dores para este gen pueden tener distintos niveles de especifici-
dad filogenética para unirse a especies, géneros y filos distintos, 
y existen incluso cebadores «universales», que amplifican el gen 
SSU rRNA de cualquier organismo. Los productos de la PCR se 
visualizan mediante electroforesis en gel de agarosa, se escinden 
del gel, se extraen, se purifican de la agarosa y se secuencian, a 
menudo usando los mismos oligonucleótidos como cebadores 
para las reacciones de secuenciación. Estos pasos están resumi-
dos en la Figura 12.14. Otra posibilidad es amplificar genes SSU 
rRNA del DNA que se ha extraído directamente de una mues-
tra ambiental o secuenciar directamente este DNA ambien-
tal usando un enfoque metagenómico (   Secciones 6.10 y 
18.7). Estos últimos métodos se usan mucho para caracterizar 
microorganismos que son dif íciles de cultivar en el laboratorio. 
Una vez que se han obtenido las secuencias, se deben alinear y 
analizar, aspectos que trataremos a continuación.
Alineación de secuencias
La filogenia solo se puede inferir de genes con homología, es 
decir, genes que han sido heredados de un antepasado común. 
Así pues, la homología es un rasgo binario; las secuencias son 
homólogas o no lo son. El concepto de homología se suele con-
fundir con el de semejanza de secuencia, pero este último es un 
rasgo continuo definido como el porcentaje de posiciones de los 
nucleótidos compartidos entre dos secuencias. La semejanza de 
secuencias se usa para inferir la homología, pero se puede cal-
cular un valor de semejanza entre dos secuencias cualesquiera, 
Kilo-
bases 1 2 3 4 5
2,0
2,5
1,5
1,0
0,75 J
e
n
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if
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r 
A
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Especies
distintas
Especies
distintas
gen 16S
Célula
ancestral
A C G G T
1. Aislamiento del DNA
2. Amplificación del gen 16S por PCR
4. Secuenciación
3. Carrera en gel de agarosa;
búsqueda del tamaño correcto
5. Alineación de secuencias;
generación del árbol
Gen
16S
Figura 12.14 Amplificación por PCR del gen del rRNA 16S. Tras 
aislar el DNA, se usan los cebadores complementarios de los extremos del 
rRNA 16S (véase la Figura 12.12) para amplificar, mediante PCR, el gen del 
rRNA 16S a partir del DNA genómico de cinco cepas bacterianas desconocidas 
diferentes; los productos se corren en un gel de agarosa (foto). Las bandas de 
DNA amplificado tienen una longitud aproximada de 1.465 nucleótidos. A la 
izquierda se indican las posiciones de los marcadores del tamaño del DNA en 
kilobases. Tras la escisión de los productos de la PCR del gel y su purificación, 
se secuencian y se analizan para identificar las bacterias.
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