CAPÍTULO SOBRE GENÉTICA BACTERIANA

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Introdução
O processo de evolução biológica de todo organismo 
vivo é produto de alterações no seu material genético. A 
informação contida neste material está codificada na grande 
maioria dos organismos pelo ácido desoxirribonucleico 
(DNA), enquanto em alguns vírus essa informação encontra-
-se no ácido ribonucleico (RNA). A identificação do DNA 
como transportador da informação genética tem sido um 
processo gradual ainda inacabado. Pela facilidade de mani-
pulação, os micro-organismos, mais especificamente as bac-
térias e os vírus, têm sido o material usado nestas pesquisas. 
A molécula de DNA é geralmente uma dupla fita. 
Alguns vírus possuem RNA em vez do DNA, podendo 
ser uma molécula de fita simples ou dupla. Poucos vírus 
possuem DNA de fita simples. O DNA possui em vários 
organismos as mesmas propriedades ou funções, as quais 
incluem a capacidade de replicação e transmissão das mo-
léculas hereditárias durante a divisão celular. A unidade de 
replicação é o replicon, que contém um sítio origem capaz 
de replicação autônoma.
O DNA em bactérias é uma macromolécula em forma 
de uma dupla fita circular, com um comprimento de aproxi-
madamente 1,1 mm, altamente empacotado e dobrado para 
se manter dentro da célula, que mede de 1 a 2 µm de com-
primento. O DNA do vírus do polioma consiste em 5.100 
pares de bases e tem um comprimento de 1,7 µm (17.000 
Ao), enquanto o DNA da bactéria E. coli possui cerca de 4,6 
milhões de bases com um comprimento macroscópico de 
1,7 mm, ou seja, aproximadamente 850 vezes maior que a 
célula bacteriana. O empacotamento do DNA está em torno 
de um eixo central formando uma estrutura superenrolada 
(supercoiled). Esta forma favorece a ação de certas enzimas, 
como as DNA girases e as topoisomerases. 
Observa-se que existem duas forquilhas em cromosso-
mos circulares que se replicam então em forma bidirecional. 
A 180o do ponto de origem existe um sítio de terminação. 
Este processo bidirecional é quase universal, com exceção 
de alguns vírus e bactérias. A replicação do DNA é semicon-
servativa, isto é, uma fita do DNA parental é conservada du-
rante o processo de replicação, enquanto a fita complementar 
Genética Bacteriana
Gabriel Padilla
Sérgio Olavo Pinto da Costa
é sintetizada novamente. A síntese in vitro do DNA requer: 
a) uma mistura de desoxirribonucleotídeos 5’ trifosfato: 
dATP, dGTP, dCTP, dTTP; b) a presença do íon Mg++, que 
estabiliza o DNA quando se une a fosfato carregado negati-
vamente; c) uma molécula de DNA de alto peso molecular, 
na qual o DNA cumprirá uma dupla função, atuando como 
iniciadora (primer) e como molde da fita; d) a presença de 
DNA polimerase. Esta enzima requer uma hidroxila 3’ livre 
em um dos extremos do DNA, além de uma região de fita 
simples no outro extremo, significando que a síntese se dá 
em direção 5’ → 3’, 3’ → 5’. Várias DNA polimerases têm 
sido descobertas: DNA polimerase I e II, que são enzimas 
de reparo e DNA polimerase III, que atua na replicação. Em 
procariotos, estas enzimas têm função endonucleotídica.
A síntese de DNA em uma fita é descontínua, enquanto 
na outra é contínua. Ambas as fitas são sintetizadas em senti-
do 5’ → 3’, mas a fita que está sendo sintetizada em sentido 
3’ → 5’ o faz em fragmentos conhecidos como fragmentos 
de Okasaki, os quais são unidos por um ligase. Assim, a 
síntese é contínua para a fita que cresce na direção 5’ → 
3’, chamada fita líder (laggingstrand), enquanto a fita que 
cresce em sentido 3’ → 5’ o faz em forma descontínua. O 
processo de replicação em E. coli envolve:
1) A replicação começa na origem, OriC, onde as fitas do 
DNA se separam. As proteínas de replicação formam um 
complexo chamado primossoma. Este complexo segue a 
forquilha de replicação durante a síntese de DNA.
2) Uma das fitas é cortada na origem, expondo um dos ex-
tremos como fita simples. Antes de começar a síntese dos 
fragmentos de Okasaki na fita descontínua, é necessária a 
presença da enzima RNA primase. Esta enzima se liga a 
DnaB (helicase), sintetizando um novo primer de dez nu-
cleotídeos de longitude, dissociando-se posteriormente. 
Os primers são feitos em intervalos na fita descontínua. 
Depois, a DNA polimerase III é usada para alongar os 
primers RNA, produzindo deste modo os fragmentos de 
Okasaki. A elongação é feita pela DNA polimerase III até 
o extremo 5’ do fragmento prévio de DNA. Os primers 
RNA são removidos por enzimas de reparo (polimerase 
I) e são substituídos por DNA. A enzima DNA ligase 
une a extremidade 3’ do novo DNA com a extremidade 
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5’ fosfato do fragmento anterior, e a fita complementar, 
a fita descontínua, é sintetizada. 
O cromossomo de E. coli tem aproximadamente 4,6 x 
106 pares de bases. Como a célula se divide a cada 30-40 
minutos, isto significa que a duplicação do cromossomo será 
a uma taxa de 1.584 pares de bases por segundo. A replica-
ção em E. coli é bidirecional; cada forquilha de replicação é 
polimerizada a uma taxa de 792 pares de bases por segundo.
Mutação
As alterações na estrutura química ou física do DNA são 
conhecidas como mutações. Estas podem ser ocasionadas 
por agentes físicos ou químicos chamados mutagênicos ou 
agentes genotóxicos. O organismo não exposto a um muta-
gênico é chamado tipo selvagem, enquanto o organismo com 
alterações resultantes da ação destes agentes é um mutante. 
Estes são identificados por variações fenotípicas ou varia-
ções que só processos bioquímicos ou biofísicos detectam. 
As mutações são fontes de uma grande variabilidade gené-
tica, e sem elas o processo de adaptação não seria possível. 
Portanto, existe tendência a uma variabilidade herdada de 
uma geração a outra. De acordo com o agente, as mutações 
podem ser espontâneas ou induzidas. 
As mutações espontâneas podem ser causadas por 
erros durante a replicação do DNA ou pela exposição do 
organismo a influências extracelulares do meio ambiente, 
como radiações ou agentes químicos. As mutações induzidas 
são produto de uma ação deliberada na qual o organismo é 
exposto à ação de um agente genotóxico. As mutações es-
pontâneas são eventos raros, com frequências de 1 ´ 109 a 
1 ´ 1012 por geração para um gene particular; ou uma célula 
bacteriana em um bilhão ou uma em dez bilhões apresentam 
mutação. As frequências variam para cada tipo de mutação, 
para cada espécie e para cada linhagem. Algumas regiões 
do DNA são mais sensíveis à aparição de um evento mu-
tacional, chamadas pontos quentes. As mutações podem 
envolver uma base só, mutações pontuais. A taxa de mutação 
a um mutagênico específico depende da natureza da base no 
extremo 5’. O sistema de reparo varia em sua efetividade 
devido à presença de bases específicas na região do sítio de 
mutação. A taxa de mutação pela ação de um agente geno-
tóxico é de 1 ´ 10-4 ou maior. 
A replicação é um processo altamente eficiente, com 
uma taxa de erro baixa estimada entre 1 ´ 10-8 e 1 ´ 10-11. 
Para E. coli com um cromossomo de 4,6 ´ 106 pares de 
bases, um erro acontece uma vez a cada mil a dez mil repli-
cações. A segurança deste processo está baseada na atividade 
de várias enzimas que formam um complexo chamado sis-
tema DNA replicase ou replissoma formado por helicases, 
topisiomerases, proteínas ligadoras de DNA, primases e 
ligases. Algumas espécies bacterianas apresentam uma 
taxa maior de mutação espontânea. Foram descobertos em 
Escherichia coli genes mutadores, que elevam a frequência 
de mutação, por exemplo, o gene que produz a RNA poli-
merase termolábil. Esta insere nucleotídeos incorretamente 
durante a replicação a uma taxa maior que a da enzima da 
linhagem selvagem.
Em bactérias produtoras de antibióticos do gênero 
Streptomyces, essa taxa de mutação espontânea pode ser de 
1% a 4% por esporo, mil vezes maior que E. coli.
Quando a mutação permanece estável, esta pode ser 
transferida a outras gerações. No caso de uma linhagem 
selvagem His+ = histidina prototrófica que muda para His- = 
histidina auxotrófica, esta linhagem pode reverter e voltara 
His+ através das chamadas mutações revertentes. Outra mu-
tação que se apresenta distante do sítio da mutação original 
é conhecida como mutação supressora.
Existem diferentes tipos de mutação, por exemplo: muta-
ção por substituição de pares de bases. Estas mutações podem 
ser espontâneas como consequências de rearranjos na distribui-
ção de elétrons nas bases púricas e pirimidínicas, produzindo-
-se assim alterações ou mutações tautoméricas. Os tautômeros 
são compostos que diferem na organização dos hidrogênios e 
dos elétrons. Dois tipos de substituição de bases podem ocor-
rer: transição e transversão. Na transição, uma base pirimídica 
é substituída por outra pirimídica. Na transversão, uma base 
púrica é substituída por outra pirimídica ou vice-versa:
 transição 
T ↔ C 
↨ ↨ transversão
A ↔ G
 transição
Quando as mutações são estudadas em nível de polipep-
tídeos, são reconhecidos basicamente quatro tipos de muta-
ções que alteram a atividade destes: mutações sem sentido, 
mutações de sentido errado, mutações de fase de leitura e 
mutação supressora.
As mutações sem sentido são o produto de códons sem 
sentido, ou seja, que não especificam para nenhum aminoá-
cido. Elas são reconhecidas como sinais de terminação pelos 
ribossomos. Os resultados são polipeptídeos mais curtos, 
cuja atividade encontra-se seriamente comprometida. As 
mutações de sentido errado afetam uma base, resultando na 
substituição de um aminoácido por outro no polipeptídeo. 
Substituição de aminoácidos polares por não polares pode 
afetar a atividade do polipeptídeo. As mutações de fase de 
leitura afetam a sequência como um todo, pois elas são os 
produtos de inserções ou deleções numa sequência. As mu-
tações supressoras podem ser intragênicas, ou seja, perto do 
gene que sofre a primeira mutação. Alterações de uma base 
nos tripletes CAG, AAG, GAG, UCG, UGG, UAC, UUG, 
UGG, UAA podem produzir um códon sem sentido UAG, 
também conhecidas como mutações âmbar. As outras trincas 
são UGA (opal) e UAA (ocre). 
Entre as principais variações fenotípicas consequentes 
das mutações, são conhecidos os mutantes:
1. Auxotróficos: são incapazes de sintetizar um ou mais 
fatores de crescimento como aminoácidos, purinas, 
pirimidinas, vitaminas. As lesões afetam genes que co-
dificam para enzimas envolvidas na síntese de proteínas. 
As linhagens do tipo selvagem são prototróficas (capazes 
de sintetizar o fator de crescimento).
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2. Resistente a drogas: mutantes que exibem diferente to-
lerância a drogas como antibióticos e quimioterápicos.
3. Morfológicos: apresentam alterações, como a incapaci-
dade de produzir flagelo, pili ou fímbria, cápsula, ou 
variações na forma da colônia. 
4. Temperatura-sensíveis (ts): são mutantes incapazes de 
produzir um metabólito ou uma função a temperaturas 
diferentes à normal (temperatura restritiva). No caso de 
proteínas, a estrutura destas pode variar como consequ-
ência da variação na temperatura. Em condições normais, 
esta é funcional (temperatura permissiva).
5. Supressor-sensíveis: mutantes incapazes de funcio-
nar, a menos que uma segunda mutação ou fator, ou 
supressor, esteja presente. Este supressor corrige ou 
compensa o defeito fenotípico causado pela mutação 
supressora-sensível.
Os agentes químicos produzem variados tipos de muta-
ção como a substituição induzida que é conseguida pela ação 
de agentes como 5-bromouracilo, ácido nitroso e agentes 
alquilantes como mostarda nitrogenada ou etilmetanosul-
fonato. Acridinas são corantes como proflavina (similar 
à purina), que podem inserir-se no DNA criando espaços 
(gaps), que induzem a formação de deleções ou inserções. 
As deleções implicam a perda de nucleotídeos, enquanto na 
inserção bases nucleotídicas são adicionadas ao DNA. 
Agentes físicos, como raios X, produzem deleções ao 
ocasionarem o rompimento de cadeias opostas. O DNA pode 
ser afetado também indiretamente, isto é, quando a radiação 
afeta compostos no citoplasma: radicais livres como H3O+ e 
peróxidos orgânicos podem reagir com o DNA alterado. A 
luz ultravioleta (UV) pode gerar diferentes tipos de mutação 
como substituição de bases, alteração no quadro de leitura 
(frameshift), deleções e duplicações. A UV atua diretamente 
no nível da ligação das bases, produzindo dímeros entre 
elas. Os dímeros freiam a velocidade da síntese, mas não 
obrigatoriamente a bloqueiam. UV tem a propriedade de 
ativar o sistema de reparo do DNA, quando este comete um 
erro e pode produzir uma mutação, sendo assim uma lesão 
premutacional. Os transposons e as sequências de inserção 
atuam como genes mutadores e são considerados os princi-
pais agentes das mutações espontâneas. Muitos transposons 
levam sinais de terminação, e, quando inseridos, a transcri-
ção é interrompida. 
Sistemas de Reparo do DNA
Quando a célula é submetida à ação de agentes genotó-
xicos, as proteínas que intervêm na reparação do DNA são 
sintetizadas. Dois sistemas são conhecidos: a resposta SOS 
e a resposta adaptativa. O sistema SOS é induzido primaria-
mente pela luz ultravioleta. A indução de um sinal ativa a 
expressão de genes que tentaram corrigir as lesões. Os genes 
expressos podem atuar em nível de reparação de excisões ou 
reparação pós-replicativa. Esta ação é controlada pelos ge-
nes RecA e LexA. A proteína LexA atua como um repressor 
dos genes SOS. Quando RecA é ativado, e a proteína RecA 
sintetizada, esta interage com LexA clivando-a. Assim, os 
genes SOS são desreprimidos. Uma vez feita a reparação, 
o sinal indutor é eliminado e os genes SOS são inativados. 
A reparação por excisão ocorre no escuro e é especí-
fica para lesões de fita simples. A lesão é reconhecida pela 
distorção causada na fita pelos dímeros de timina. Ocorre 
também uma reparação por fotorreativação, mediada por 
uma enzima reativadora (fotoliase) que se une ao dímero no 
escuro removendo-o.
Os dímeros produzem espaços no DNA. O sistema de 
reparo atua em forma pós-replicativa, na qual estes espaços 
são preenchidos e a síntese do DNA continua. Existe ainda 
recombinação entre as fitas do DNA, e, quando esse inter-
câmbio entre as fitas ocorre, as lesões podem ser removidas 
por excisão. Apesar de estes sistemas serem eficientes, as 
mutações ainda podem ocorrer num processo conhecido 
como “sujeito a erro de excisão”. 
Recombinação e Transferência Gênica
Enquanto a mutação assegura a variabilidade, a recombi-
nação genética garante que diferentes combinações de genes 
sejam possíveis. Os mecanismos desenvolvidos evolutiva-
mente, que permitem a recombinação, são: transformação, 
transdução e conjugação. Recombinação genética se dá por 
um conjunto de processos que produzem rearranjos entre 
genes ou parte desses genes. São reconhecidos dois tipos 
principais de recombinação: recombinação geral ou homó-
loga e recombinação sítio-específica. A recombinação geral 
é classicamente reconhecida como a que ocorre entre molé-
culas extensivamente homólogas, ou seja, entre, no mínimo, 
centenas de pares de bases de uma dada região do DNA. Ela 
depende da proteína RecA e da energia de ATP.
A recombinação sítio-específica apresenta duas distintas 
características: é independente da proteína Rec e requer 
somente homologia entre as moléculas participantes de 
DNA, cerca de 10-40 pares e bases. Existem dois tipos de 
recombinação sítio-específica: a) conservativa, cujo exemplo 
é a integração do DNA do fago lambda no cromossomo de 
Escherichia coli K-12; e b) replicativa, que inicia a trans-
posição de elementos genéticos e requer uma enzima, a 
transposase. 
Uma terceira categoria é a recombinação ilegítima que 
tem sido usada para classificar eventos que não envolvem 
nem extensiva homologia nem sequências específicas. 
Técnicas de sequenciamento têm mostrado que recombinação 
ocorre em pequenas regiões de homologia. O melhor exem-
plo desse tipo de recombinação procede do estudo de alguns 
fungos dos quais se podem recuperar todos os produtos que 
consistem em quatro ou oito esporoshaploides, que resultam 
da meiose de um zigoto diploide. 
Recombinação é um processo mediado por genes rec (re-
combinantes). A proteína RecA atua como uma ATPase DNA 
dependente, que promove o emparelhamento homólogo de 
uma fita simples de DNA com um DNA linear de fita dupla. 
Esta proteína é incapaz de emparelhar moléculas de fita du-
pla. Originalmente, RecA junto a proteínas desestabilizadoras 
se unem a fita simples. Este complexo forma segmentos ao 
longo da estrutura fosfato-açúcar do DNA, promovendo a 
aproximação das fitas. Ocorre então o emparelhamento de 
bases ou sinapses. O intercâmbio de material entre as fitas 
requer energia, que é obtida da hidrólise de ATP, uma função 
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da RecA. Os segmentos de DNA intercambiados, finalmente, 
são ligados para produzir moléculas de DNA.
Transformação
Processo no qual o DNA livre no meio é tomado pela 
célula, resultando em alterações genotípicas desta. Para 
conseguir capturar o DNA, a célula precisa encontrar-se no 
estado de competência. Fatores como composição do meio 
e estado fisiológico da célula são importantes para o sucesso 
do processo. Quando a célula atinge o estado de compe-
tência, libera-se um fator de competência, que induzirá ao 
estado competente as células que ainda não estão. A proteína 
autolisina expõe à membrana as proteínas-de-união de DNA 
e endonuclases. O DNA é cortado em fragmentos de seis mil 
a oito mil pares de bases. Uma exonuclease cliva as duas 
fitas, para que somente uma entre na célula. A fita de DNA 
mais a proteína, que protege o DNA da digestão de DNases, 
formam o complexo eclipse. Este complexo será transporta-
do através da membrana citoplasmática, onde a fita simples 
do DNA se une à homóloga da receptora. A transformação 
tem sido observada tanto em bactérias Gram-positivas como 
em Gram-negativas (Figura 5.1). 
Transdução
É o processo no qual o DNA bacteriano é transferido en-
tre células mediado por um vírus. Dois tipos são conhecidos:
1) Transdução generalizada, na qual qualquer gene pode ser 
transduzido. O vírus leva basicamente DNA bacteriano, 
como foi observado por Zinder e Lederberg em 1952. 
Depois da lise celular, um alto título (concentração) de 
vírus é obtido e algumas destas partículas incorporam 
DNA bacteriano. Estas partículas conseguem infectar ou-
tras células, mas não produzem lise, devido basicamente 
à carência de DNA viral. Por recombinação, o DNA de 
dupla fita permuta informação com o DNA receptor. No 
caso de não se produzir integração, a transdução é dita 
abortiva (Figura 5.2).
2) Transdução especializada ocorre com a transferência 
de genes bacterianos específicos, que estão localizados 
próximos do sítio de integração viral. Quando é induzida 
a inserção do DNA viral, por exemplo, pela ação da UV, 
no caso de lambda, esta ocorre levando genes de galac-
tose ou biotina.
Conjugação
É o mecanismo de transferência de informação genética 
que requer contato entre as células. Este intercâmbio implica 
transferência de molécula de DNA extracromossômica, um 
plasmídio. A transferência do plasmídio pode ser dividida 
em quatro estágios: a) formação de uma união específica 
doador-receptor (contato efetivo); b) preparação para trans-
ferência do DNA (mobilização); c) transferência do DNA; d) 
formação de um plasmídio funcional replicativo no receptor.
Fragmentos de DNA 
da célula doadora
Célula receptora
DNA cromossomal
Célula receptora 
toma o DNA doador
Recombinação acontece 
entre DNA doador e 
DNA receptor
DNA não recombinado 
degradado
Célula geneticamente transformada
Figura 5.1 — Esquema da transformação genética em bactérias.
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Nem todos os plasmídios são capazes de desenvolver os 
estágios anteriores. De acordo com a sua funcionalidade, os 
plasmídios são classificados como:
1. plasmídio conjugativo: plasmídios que levam genes que 
codificam para contato efetivo;
2. plasmídio mobilizável: plasmídio que prepara seu DNA 
para transferência;
3. plasmídio autotransmissível: é um plasmídio conjugativo 
e mobilizável, como, por exemplo, F (Figura 5.3A). 
Em alguns casos, um plasmídio pode transferir outro. 
Por exemplo, uma célula E. coli pode ter os plasmídios F 
e ColE1. F é conjugativo e mobilizável, enquanto ColE1 
é só conjugativo. F, então, pode ajudar para transferência 
de ColE1. A conjugação exige contato entre o doador e/
ou receptor. Em E. coli, isto é feito pelo pilus sexual, que é 
formado por uma proteína contrátil hidrofóbica, a pilina, que 
forma esta estrutura tubular (ver capítulo 2). A mobilização 
começa quando uma proteína corta o DNA em um sítio 
chamado origem de transferência, ou oriT, em F. Inicia-se 
uma replicação do tipo círculo rolante. A síntese de DNA 
ocorre tanto na célula doadora (síntese do DNA da doadora 
conjugante), que substitui a fita de DNA transferida, como 
na célula receptora (síntese do receptor conjugante), que 
duplica o DNA que foi transferido.
Uma célula com plasmídio F integrado é conhecida 
como Hfr (high frequency of recombination), significando 
que os genes cromossômicos de uma célula Hfr são transferi-
dos a uma célula F–, numa frequência maior do que para uma 
F+. O processo de transferência Hfr é diferente do de F, pois:
a) leva 100 minutos para a total transferência do cro-
mossomo, enquanto dois minutos no caso do plasmídio F; 
Figura 5.2 — Esquema da transdução.
Capsídeo protéico de fago
Cromossomo bacteriano
DNA fago
DNA bacteriano
DNA do fago e proteínas são sintetizadas e o cromossomo 
bacteriano é destruído
DNA fago
Eventualmente durante a montagem do fago, fragmentos de DNA são 
empacotados dentre do capsídeo do fago. A célula doadora sofre lise e 
libera partículas de fago contendo DNA bacteriano
Fago infecta célula doadora
Um fago com DNA bacteriano 
infecta um novo hospedeiro, 
a célula receptora
Célula receptora
DNA bacteriano doador
DNA bacteriano receptor
Célula recombinante
Recombinação pode acontecer, produzindo uma célula recombinante 
com um genótipo diferente das células doadoras e receptoras
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b) geralmente a célula receptora se separa antes de a Hfr 
completar a transferência, em decorrência do movimento 
browniano; c) no cruzamento Hfr x F–, a receptora F– per-
manece F , devido a que o processo geralmente se interrompe 
antes de F ser totalmente transferido (Figura 5.3 B). Neste 
caso, o DNA transferido não se circulariza e não pode 
replicar, podendo ocorrer recombinação, e gerar somente 
recombinantes em F–.
Plasmídios
Plasmídios são moléculas extracromossômicas circulares 
de DNA encontradas em muitas espécies bacterianas e em 
algumas espécies de eucariotos. São geralmente moléculas 
de DNA de fita dupla em forma de círculos fechados ou 
lineares, e o tamanho varia de 2 a 50 kb em média, podendo 
existir plasmídios gigantes maiores de 500 kb como nas 
bactérias Streptomyces. Os plasmídios se replicam separa-
damente ou junto com a célula hospedeira, passando às cé-
lulas-filha. Plasmídios podem ser curados ou removidos da 
célula, depois de serem submetidos a diferentes condições de 
estresse, como mudanças na temperatura, presença de certos 
corantes ou carência de certos nutrientes. Os plasmídios não 
são indispensáveis para a célula, mas podem conferir-lhe 
vantagens seletivas: por exemplo, possui informação para 
degradação de certos substratos, resistência a um antibiótico 
ou a um metal pesado. O primeiro plasmídio descrito apre-
sentava capacidade de ser transferido a uma célula hospedei-
ra durante um processo similar a um cruzamento chamado 
conjugação. Este plasmídio foi chamado fator sexual, fator 
de fertilidade, ou fator F. Portanto, a célula que possui o fa-
Cromossomo 
bacteriano Pili sexual
Replicação 
e transferência 
do Fator F
Fator F
Célula F+ Célula F- O plasmídio F (fator F) é tranferido de um doador (F+) 
a um receptor (F-), a célula F- é convertida em célula F+
Célula F+ Célula F+
Recombinação entre fator F 
e cromossomo acontece em 
sítios específicos
Célula F+
Inserção do fator F 
no cromossomoFator F integrado
Célula HfrFator F integrado no cromossomo de uma célula F+ transforma 
esta numa célula Hfr (high frequency of recombination)
Célula Hfr Célula F-
Replicação e 
transferência de parte 
do cromossomo
Recombinação 
acontece no receptor 
entre o fragmento do 
cromossomo Hfr e o 
cromossomo F-
Célula Hfr Célula F- 
recombinante
Figura 5.3A — Esquema da conjugação em bactérias.
Figura 5.3B — Esquema da conjugação.
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tor sexual (também conhecida como célula doadora) é capaz 
de transferir uma cópia do fator sexual à célula receptora.
A replicação do plasmídio pode ocorrer em dois mo-
mentos: primeiro, quando a célula bacteriana se divide, o 
DNA plasmideal também se divide, assegurando que cada 
célula-filha receba uma cópia deste; segundo, durante o 
processo de conjugação, a molécula de DNA replicada pode 
entrar na célula receptora. Parece que, durante a replicação 
do plasmídio, o DNA adere à membrana citoplasmática e 
usa as enzimas e maquinaria utilizada para a replicação do 
DNA cromossomal. A replicação pode ser uni ou bidirecio-
nal, dependendo do tipo de plasmídio. Alguns plasmídios 
se apresentam em baixo número de cópias (um a dez, ou 
menos), enquanto outros o fazem em alto número (dez a 
cem). O número de cópias é controlado pela taxa de inicia-
ção da síntese de DNA. O plasmídio replicará até alcançar 
seu número de cópias. Supõe-se que o plasmídio codifique 
inibidores que afetam a taxa de iniciação da própria síntese, 
controlando, portanto, o número de cópias. 
Muitos plasmídios têm a habilidade de conferir a 
propriedade de fertilidade (conjugativo), enquanto outros 
são não-conjugativos e não conseguem efetuar sua própria 
transferência. Plasmídios resistentes a antibióticos em 
bactérias Gram-positivas, como estafilococos, não podem 
ser transferidos por processo de conjugação. A conjugação 
ocorre em bacilos, em algumas espécies de estreptomicetos 
e estreptococos. Os plasmídios de estafilococos só podem 
ser transferidos por processos de transdução, que envolve a 
ação de uma partícula viral. Os plasmídios não-conjugativos 
em Gram-negativas podem ser transferidos somente se a 
célula também contém plasmídios conjugativos. O fator 
de transferência de um plasmídio pode, portanto, efetuar 
a transferência de plasmídios não-conjugativos, processo 
chamado mobilização do plasmídio.
As bactérias podem conter diferentes tipos de plasmí-
dios. Enterobactérias como E. coli possuem um ou dois plas-
mídios conjugativos por cromossomo, podendo transportar 
de dez a 15 plasmídios não conjugativos por cromossomo. 
Quando dois ou mais são herdados em forma estável, são 
considerados como compatíveis. Outros plasmídios são con-
siderados como incompatíveis quando, após várias divisões 
celulares, um dos tipos de plasmídio é perdido. Os mecanis-
mos moleculares que controlam esta incompatibilidade não 
são conhecidos, mas devem ter relação com fatores genéti-
cos que controlam a replicação do plasmídio e a segregação 
na divisão celular.
Os tipos de plasmídios mais frequentemente observados 
numa célula hospedeira são os seguintes:
Plasmídios de tipo sexual: são importantes para a trans-
ferência de plasmídios a uma célula receptora. Plasmídios do 
tipo fator sexual são capazes de integrar-se no cromossomo, 
gerando uma célula conhecida como Hfr (alta frequência 
de recombinação) ou permanecer independentemente do 
cromossomo hospedeiro. O plasmídio sexual integrado torna 
possível a mobilização do cromossomo bacteriano durante a 
conjugação (Figura 5.4).
Plasmídios R: a resistência a antibióticos em muitos 
micro-organismos é devida à presença de plasmídios que 
contêm informação para a síntese de enzimas que inativam 
antibióticos específicos. Estes são denominados plasmí-
dios de resistência ou fator R. Os plasmídios R têm dois 
componentes: o determinante de resistência R e o fator de 
transferência de resistência RTF. O RTF é necessário para 
a transferência dos determinantes; este contém informação 
para a formação do pilus ou fímbria um requerimento para 
transferência de DNA por conjugação em bactéria Gram-
negativa. Alguns determinantes de resistência não possuem 
o segmento RTF; portanto, as bactérias que os transportam 
são incapazes de transferir estes determinantes à outra du-
rante a conjugação. Ambos os fatores, R e RTF, são capazes 
de replicação autônoma em seus estados independentes (ou 
seja, estando como peças separadas de DNA), e tanto podem 
integrar-se dentro de outros elementos extracromossomais 
como em unidades cromossomais. 
Além disso, existem outros plasmídios como os plas-
mídios Col: são plasmídios de Escherichia coli capazes de 
produzir colicinas, que são proteínas capazes de inibir o 
crescimento de células que não possuem o plasmídio Col. 
Plasmídios virulentos: plasmídios em várias bactérias 
transportam informações que favorecem a virulência durante 
o processo de infecção em mamíferos, incluindo os humanos.
Plasmídios resistentes a mercúrio e outros íons de me-
tais pesados. Plasmídios que geram hiperplasias em plantas: 
crista de galo é um tipo de câncer de plantas dicotiledôneas 
causado por Agrobacterium tumefaciens. A proliferação do 
tecido da planta (formação do tumor) é devido à presença de 
um plasmídio Ti transportado pela bactéria invasora.
Transposons
Durante os anos 1940 e 1950, Barbara McClintock, tra-
balhando com milho, demonstrou a existência de elementos 
reguladores que se deslocam de um sítio a outro no genoma 
e afetam a expressão gênica. Trinta anos mais tarde, foram 
reconhecidos segmentos móveis de DNA em bactérias, que 
são movimentados (transpostos) em baixa frequência dentro 
do cromossomo. A frequência de transposição, tanto em 
procariotos como em eucariotos, é relativamente baixa, 10-7 
por geração, dependendo do elemento em particular.
Por ser o cromossomo uma molécula contínua de DNA, 
a transposição dos elementos móveis é um processo de in-
tercâmbio de DNA, um tipo de recombinação. Entretanto, 
esta difere da recombinação clássica homóloga, uma vez que 
não existe intercâmbio de material genético entre sequências 
homólogas, não sendo necessária a ocorrência de homologia. 
Além disso, em bactérias, a evidência é clara: a recombina-
ção homóloga depende do produto do gene recA, enquanto o 
movimento de elementos transponíveis (transposons) ocorre 
na mesma frequência tanto em células recA- como recA+.
Muitos transposons de bactéria possuem genes facilmen-
te identificáveis, que podem ou não existir em outro lugar do 
genoma. Genes de resistência a antibióticos são comuns, e 
transposons levando estes genes são os mais frequentemente 
estudados. Estes são designados Tn além da marca (exemplo 
Tn1 ampicilina). Quando não é reconhecida uma marca, 
estes elementos são designados sequências de inserção ou 
elementos IS, e são designados como IS1, IS2 etc. Os trans-
44
posons estão frequentemente localizados dentro de um gene 
particular, gerando uma mutação neste. 
Os genes de resistência presentes em transposons são 
usualmente diferentes daqueles produzidos por mutação 
no cromossomo. A origem dos genes de transposons é 
desconhecida. Muitos genes R codificados por plasmídios 
são levados por transposons neles presentes. Já há algum 
tempo se especula que genes de resistência a antibióticos 
aminoglicosídeos de amostras de interesse clínico foram 
derivados de organismos produtores desses antibióticos. A 
presença de enzimas modificadoras de aminoglicosídeos tem 
como função básica fornecer um mecanismo de autoproteção 
contra o antibiótico produzido. Portanto, os actinomicetos 
poderiam ter fornecido o contingente inicial de genes a partir 
dos quais os genes de resistência derivaram. Existe também 
a teoria de que os genes de resistência seriam derivados de 
genes bacterianos, que codificam enzimas envolvidas com o 
metabolismo celular normal, e teriam sofrido mutações. De 
acordo com esta teoria, a pressão seletiva de aminoglicosí-
deos teria uma função primordial. 
Muitos transposonssão flanqueados por sequências de 
inserção. Estas possuem de 800 a 1.400 pb. Os extremos 
dos IS possuem características comuns a todos, que são: 
sequências curtas invertidas de 15 a 40 pb. Os sítios-alvo de 
inserção de IS não são aleatórios, significando que existem 
sítios preferenciais. No processo de inserção existe uma 
duplicação de uma sequência pequena de nucleotídeos, a 
sequência-alvo na molécula de DNA receptora. Por este 
motivo, o elemento transponível é sempre flanqueado por 
nucleotídeos repetidos denominados sequências repetidas 
diretas (Figura 5.5).
Os transposons levam outros marcadores em adição à 
informação para transposição. A marca mais comum é a 
resistência a antibióticos. Outros marcadores são genes para 
fermentação de lactose, metabolismo de rafinose, formação 
de enterotoxina em E. coli e resistência a metais pesados. 
Existem basicamente dois tipos de transposons: classes I e 
II. O transposon classe I tem um marcador genético flanque-
ado por duas cópias de um elemento IS. O de classe II é uma 
sequência flanqueada por sequências invertidas repetidas 
(IR), mas não por elementos IS. Entre as IR encontram-se 
genes que codificam para a transposição, tanto como outros 
marcadores genéticos. Esta classe II apresenta-se com fre-
quência em plasmídios. O Tn3 pertence à classe II e contém 
três genes: A, R e bla. A e R estão envolvidos no processo 
de transposição, enquanto bla codifica para a produção de 
beta-lactamase. A transposição de Tn3 envolve a formação 
Figura 5.4 — Esquema do Plasmídio F (fator de fertilidade de E. coli). Tamanho de ~94 kb, cópia única. Possui 19 genes tra (transferência). Os números indicam as 
posições expressas em quilobase (Kb).
Região de formação de Hfr e F
Op
ero
n d
e t
ran
sfe
rên
cia
Transf
erência
de DN
A
Exclusão
da superfície
Formação de
pili sexuais
95/0
IS3
δ γ
IS2
IS3
18
33
4353
62
pif
oriVfrp
inoon T
fin P
Tra A
Tra J
Tra Y
Tra E
Tra K
Tra B
Tra V
Tra W
Tra U
Tra N
Tra F
Tra H
Tra G
Tra S
Tra T
Tra D
Tra I
Duplicação
Ope
rado
r
Tra 
O Controle
transferência R
esi
stê
nci
a a
 fag
os 
esp
ecí
fico
s d
e F
45
de um intermediário ou cointegrado; este representa na célu-
la a fusão de dois plasmídios. A enzima transposase é o pro-
duto do gene A e responsável pela formação do cointegrado. 
O passo final da transposição inclui o processo de resolução. 
Isto significa que os dois plasmídios voltam a separar-se. A 
enzima responsável é a resolvase, codificada pelo gene R. 
Esta catalisa o intercâmbio sítio específico nos sítios res. 
Os transposons podem ser usados como ferramentas para 
clonagem. Os genes desejados são introduzidos, clonados 
em um plasmídio e este finalmente é introduzido em células 
bacterianas (Figura 5.6).
Existem transposons que são capazes de se transferir 
de uma célula para outra sem o auxílio de plasmídios, num 
processo em que é necessário o contato direto entre a célula 
doadora e a receptora. Este tipo de transposon é ubiquitário 
de Streptoo coccus e é conhecido como transposon con-
jugativo. Ele é importante na disseminação da resistência 
múltipla de antibióticos nesse gênero bacteriano, e possivel-
mente em outras bactérias Gram-positivas. O determinante 
da resistência à tetraciclina pode ter sido o primeiro que 
adquiriu a capacidade conjugativa, já que tem sua dissemi-
nação mais difundida; quase todos os sistemas conjugativos 
não plasmideanos em estreptococo incluem essa resistência. 
Um transposon conjugativo que representa bem essa classe 
é o Tn916. Ele é constituído por um segmento relativamente 
grande de DNA (16 kb). A evolução da resistência múltipla 
pode ter sido pela aquisição de marcadores adicionais nesse 
transposon conjugativo. O interessante é que muitos trans-
posons conjugativos têm forte inclinação para se inserir 
próximos ao determinante de hemolisina de plasmídios de 
S. faecalis. A presença desses plasmídios dotados de alta 
mobilidade e abrigando transposons conjugativos aumenta 
a conjugação cromossomo-cromossomo em cerca de duas 
ordens de magnitude, acreditando-se que parte desse au-
mento é devida à carona desses transposons no plasmídio. 
Além da capacidade de estimular cruzamento bacteriano, os 
transposons conjugativos diferem dos demais transposons 
conhecidos pelo fato de não conterem longas sequências 
repetidas e não causarem duplicação do alvo de DNA no 
seu sítio de inserção.
Figura 5.5 — Tipos de transposons. Representação de transposons classe I e II. A transposição em classe I é estimulada por elementos IS que estão nos laterais do 
marcador genético interno.
Figura 5.6 — Os transposons compostos são ladeados por IS (como IS1) ou IS-like (como IS10) em repetição direta (no Tn9) ou inversa (no Tn10).
Marcador genético
não para transposição
IS
Outro marcador
genético
IRIRClasse II
Gene para
transposição
Classe I IS
IS1 Tn9
CmR
IS1 IS10
TcR
Tn10 IS10
46
Significado médico dos transposons 
bacterianos
há um significado médico importante dos transposons, 
primeiramente, porque existem transposons de indiscutível 
valor em humanos, e, também, porque se encontram frequen-
temente nas bactérias dos humanos transposons ligados a 
plasmídios, que são os grandes responsáveis pela resistência 
bacteriana aos antimicrobianos. O mais bem conhecido trans-
poson que ocorre no homem é o HIV, um retroelemento que 
se dissemina horizontalmente como um vírus. Contudo, os 
transposons LINE e os elementos Alu humanos são também 
dotados de interesse médico. Vários casos de hemofilia ocor-
reram por uma nova inserção do retrotransposom LINE L1. 
Até recentemente, inserções de L1 e de Alu causaram doen-
ças. Uma dessas inserções foi no gene supressor de tumor e 
três no gene da distrofia muscular do tipo Duchenne/Becker.
É bem conhecido o fato de que transposons bacterianos 
são responsáveis pela disseminação de genes responsáveis 
pela resistência bacteriana aos antibióticos e quimioterápi-
cos de um genoma bacteriano para outro, via plasmídios. 
A rápida evolução de plasmídios de resistência (plasmí-
dios R) e, consequentemente, a sua disseminação entre 
genomas de bactérias hospitalares (mesmo entre espécies 
e gêneros diferentes) devem-se à transposição desses ele-
mentos. Lembremo-nos de que todo plasmídio conjugativo 
é constituído por dois componentes: genes envolvidos na 
conjugação, os genes tra (componente RTF), e os genes que 
conferem resistência aos antimicrobianos (determinantes R). 
Em vários plasmídios R, os determinantes R são ladeados 
por segmentos de inserção (IS) homólogos. Vários plasmí-
dios R carregam dois ou mais determinantes, cada um deles 
ladeado por IS. Esses elementos IS são os grandes respon-
sáveis pela rápida evolução dos plasmídios bacterianos que 
transportam genes que conferem resistência múltipla aos an-
timicrobianos. Do estudo da organização desses transposons, 
pôde-se ter conhecimento de uma nova classe de transposons 
denominada integrons. Muitos dos genes resistentes aos 
antibióticos encontrados em bactérias Gram-negativas são 
contidos em cassetes de genes, vários dos quais integrados 
numa específica posição de um integron.
Integrons e a organização de transposons
cassetes de genes são elementos móveis de DNA que 
contêm um sítio específico de recombinação, um elemento 
conhecido como “59 — base” e é reconhecido pelo sistema 
de recombinação sítio-específico do integron. Integrons são 
pequenos sistemas genéticos modulares móveis envolvidos 
na aquisição e disseminação de genes de resistência aos an-
tibióticos entre bactérias Gram-negativas, particularmente, 
entre enterobactérias. São constituídos por dois segmentos 
de DNA conservados, que ladeiam uma região central na 
qual cassetes móveis de genes que codificam funções de 
resistência aos antibióticos foram inseridos nele. O segmento 
5’ codifica uma recombinase sítio-específica (integrase) e 
promotor ou promotores fortes que asseguram a expressão 
dos cassetes integrados. A integrase é responsável pela inser-ção de genes de resistência aos antibióticos que se localizam 
a jusante do promotor. O segmento 3’ carrega um gene ubi-
quitário para resistência à sulfanilamida (sul) e dois quadros 
abertos de leitura com funções ainda não conhecidas. A 
presença do gene de resistência sul localizado fora do cas-
sete de resistência não deixa de ser um tanto surpreendente. 
Provavelmente, o integron ancestral não conduzia nenhum 
gene de resistência e o gene sul foi integrado ulteriormente 
nesse segmento 3’ e uma razão para isso é que sulfanilamida 
é o mais antigo antimicrobiano usado. Resumindo, um in-
tegron é uma estrutura genética que inclui os determinantes 
de um sistema de recombinação sítio-específica capaz de 
capturar e mobilizar genes contidos em elementos genéticos 
móveis denominados cassetes de genes. Os componentes 
essenciais de um integron são: o gene int, localizado no seg-
mento 5’, que codifica uma recombinase sítio-específica; a 
integrase, um sítio adjacente, att, localizado na extremidade 
do segmento conservado 5’, que é reconhecido pela integra-
se, para a integração de cassetes de genes de resistência e 
um promotor orientado para a expressão do cassete de genes. 
Genes que constituem os cassetes tiveram, provavel-
mente, suas origens num pool de genes de resistência que, 
acredita-se, surgiram há centenas de milhões de anos de 
bactérias do solo produtoras de antibióticos, entre elas, acti-
nomicetos. Esses genes podem ter sido originários também 
de bactérias resistentes ou mesmo de moléculas de DNA 
codificando resistência, encontradas no ambiente.
Transposons e evolução molecular
elementos genéticos móveis podem ter sido importantes 
na organização genômica e, portanto, na evolução molecular 
dos organismos hoje existentes. Adicionam-se, em bactéria, 
os mecanismos de transferência gênica (transdução, transfor-
mação e conjugação) como elementos reestruturadores desses 
genomas. Não é conhecido, no entanto, se essas atividades 
de transposição estavam presentes no início da evolução 
molecular ou se chegaram mais tarde. Um pequeno segmen-
to móvel de DNA, como um transposon, pode ter sido uma 
estrutura oportuna a participar da reunião de um DNA em 
expansão. Quando genomas bacterianos em evolução torna-
ram-se mais complexos ou, com o tamanho atual, a transpo-
sição deixou de ser necessária. Muitos transposons podem 
ter-se perdido enquanto alguns bacterianos se mantiveram, e 
são os que conhecemos hoje em dia.
A partir de uma perspectiva evolutiva, os elementos 
genéticos móveis (como também o RNA catalítico — os 
íntrons) apresentam a característica ímpar de reunir pro-
priedades de auto-organização, evolução e diversificação 
das bactérias primitivas. O aparecimento de DNA na qua-
lidade de elemento genético móvel, como transposons e 
DNA circulares covalentemente fechados (CCC), em forma 
de plasmídios, são bem mais estáveis em temperaturas 
elevadas e em condições de pH alcalino, do que o DNA 
cromossômico. Se as condições iniciais para a evolução 
foram inóspitas, o DNA plasmidiano teria sido o melhor 
candidato em termos de estabilidade. A integração de vá-
rios plasmídios poderia ter levado à formação de pequenos 
cromossomos. Transposição pode ter reunido genes disper-
sos em forma de operon. 
47
DNA Recombinante
O desenvolvimento de várias técnicas de biologia 
molecular abriu uma nova era científica conhecida como 
Engenharia Genética. A grande maioria das aplicações está 
baseada na clonagem de vários genes de interesse. As metas 
primárias deste ramo da biologia são:
1) isolamento de um gene particular, parte de um gene ou 
de uma região do genoma de interesse;
2) produção de um RNA particular e proteínas em grandes 
quantidades;
3) melhoramento na produção de compostos bioquímicos 
(enzimas, drogas), ou de outros compostos orgânicos 
comercialmente importantes;
4) produção de plantas com características desejáveis (ex.: 
resistência a enfermidades, menores requerimentos de 
nutrientes);
5) produção de organismos com características economica-
mente importantes;
6) produção de vacinas (ver Capítulo 16);
7) geneterapia (ver Capítulo 82).
Os processos metodológicos são iniciados geralmente 
fazendo um mapa de restrição. Este se baseia na utilização 
de enzimas de restrição (endonucleases), que têm a proprie-
dade de digerir o DNA em fragmentos. Os sítios de corte 
são específicos, as enzimas reconhecem fragmentos de DNA 
com tamanhos variando entre tetrâmeros até hexanucleotíde-
os. O DNA pode ser cromossômico, plasmidíano ou viral. O 
fragmento do DNA contendo o gene a ser clonado deve ser 
inserido dentro de um DNA circular chamado vetor, desta 
forma se produzirá uma molécula de DNA recombinante 
ou quimera. O vetor atua como um veículo de transporte 
que levará o gene dentro da célula hospedeira, usualmente 
uma bactéria. Dentro do hospedeiro, o vetor se multiplicará 
Bactéria
Cromossomo 
bacteriano
Plasmídio
Plasmídio (vetor) 
é isolado
DNA é clivado por 
enzimas de restrição
DNA contendo genes 
de interesse
Genes de interesse
Genes é inserido 
no plasmídio
DNA recombinante 
(plasmídio)
Plasmídio é incorporado 
por uma célula
Bactéria recombinante
Cópias do gene Proteínas do gene
RNA
Proteína
Plasmídio
Figura 5.7 — Esquema do procedimento de DNA recombinante.
48
passando a progênie. Outros tipos de enzimas usadas em clo-
nagem são: as nucleases, enzimas que cortam ou degradam 
DNA ou RNA; as ligases, enzimas que unem fragmentos 
de DNA; as polimerases, que fazem cópias das moléculas 
e DNA e RNA; enzimas modificadoras que removem ou 
acrescentam grupos químicos; topoisomerases, que intro-
duzem ou removem DNA superenrolado de DNA circular 
covalentemente fechado (Figura 5.7).
Os veículos mais usados são: a) plasmídios, pequenas 
moléculas de DNA circular encontradas em eubactérias 
e outros organismos. O plasmídio tem a capacidade de 
replicar-se independentemente do cromossomo celular; b) 
cromossomos virais (bacteriófagos). 
A molécula de DNA para ser um vetor funcional precisa 
de: capacidade de replicação no hospedeiro; ter um tamanho 
pequeno ideal < 10kb; possuir uma marca de seleção (geral-
mente uma resistência a um antibiótico). Uma vez purificado 
o DNA, o passo seguinte é a construção da molécula de 
DNA recombinante.
As Bactérias e a Genômica
Os primeiros genomas de vírus animais, bacteriófagos e 
organelas, foram elucidados na década de 1980. Os avanços 
da biologia molecular têm permitido a obtenção de sequên-
cias completas de muitos genomas de bactérias, arqueobacté-
rias e eucariotos. Em maio de 1995, Craig Venter do Institute 
for Genomic Research (TIGR) apresentou a primeira sequ-
ência genômica de bactéria, a do Haemophilus influenzae. 
O genoma do H. influenzae apresenta um pouco mais do 
que dois milhões de bases e 1.743 genes — uma densidade 
média de um gene a cada mil bases. Isso significava que 
cada base do DNA codificava algo importante, virtualmente 
sem desperdício, nem sequências de “lixo”. Mais de mil 
genes são idênticos a genes conhecidos de outros organis-
mos ou parecidos com eles. Dezessete por cento contribuem 
para traduzir-se em proteínas, 12% são necessárias para o 
transporte, 10% são requeridos para produzir energia e 8%, 
para produzir o envoltório externo da célula bacteriana. 
Entretanto, cerca de 40% dos genes eram irreconhecíveis; 
eles não se assemelham a genes conhecidos, embora mais 
de metade fosse similar a genes previstos. 
Oito genes só foram encontrados na forma virulenta 
tipo B. Esses genes contêm informação para proteína que 
ajudam as bactérias a aderirem-se às células hospedeiras. Foi 
também observado que o cromossomo continha 1.465 cópias 
de um motivo curto de 29 bases, chamado sequência sinal 
de incorporação, com um núcleo conservado que consiste 
em AAGTCGGT. A bactéria reconhece e preferencialmente 
incorpora DNA exógeno com essa sequência.
Uma pista quanto à capacidade de a bactéria se adaptar 
a mudanças do seu meio ambiente surgiu com adescoberta 
de um punhado de importantes genes de virulência que 
abriga curtas extensões de uma sequência repetida de qua-
tro bases que deliberadamente introduzem erros de grafia 
durante a replicação do DNA. Isso resulta numa ampla 
variação nas sequências das proteínas, que ajuda a bactéria 
a enfrentar as mudanças no meio externo. Desde então, um 
elevado número de genomas têm sido concluídos. Até 2006 
foram sequenciados e registrados 30 genomas de arqueobac-
térias, 380 de eubactérias, 51 de eucariotos, 990 organelas 
(mitocôndrias e cloroplastos), 294 fagos, 427 plasmídios, 
39 viroides e 1.219 vírus animais. Em 2012 o número de 
genomas sequenciados chegou a 4585 e espera-se que até 
2020 100.000 estejam sequenciados. Igualmente até o 2012 
um total de 69 genomas humanos completos foram sequen-
ciados. Ver exemplos na Tabela 5.3.1.
Em adição a essas sequências, outras importantes 
bactérias foram trabalhadas, tais como diversas linhagens 
de Escherichia coli, Bacillus subtilis, Xyllela fastidiosa, 
Pasteurella multocida, etc.
Em bactérias patogênicas, elementos genéticos que 
codificam para fatores de virulência são conhecidos como 
ilhas de patogenicidade. Estes agrupamentos gênicos foram 
adquiridos por transferência horizontal de genes. Estes va-
riam de 10 a 200 kb em tamanho e codificam para toxinas, 
fatores de aderência, captura de ferro, invasão e secreção. O 
conteúdo de G+C nas ilhas é frequentemente maior que em 
outras regiões do genoma.
Os dados de sequenciamento são úteis para estudos 
comparativos, inclusive de composição genômica, organi-
zação gênica, localização de famílias gênicas, análise de 
sistemática comparativa de organismos representativos de di-
ferentes linhagens filogenéticas. Tais estudos estão ajudando 
a ilustrar o papel desempenhado na transferência horizontal 
(ou lateral) de genes. Mais recentemente, duas linhagens 
de Staphylococcus aureus MRSA (Staphylococcus aureus 
meticilina resistentes) foram sequenciadas. Foram descritas 
três novas classes de ilhas de patogenicidade: uma família 
de ilhas de toxina de choque tóxico; ilhas de exotoxina; 
ilhas de endotoxina e vários candidatos para novos fatores 
de virulência. É descrita a virulência dessas duas linhagens 
como devido à aquisição por herança horizontal de genes de 
muitas outras diferentes espécies e à extrema diversidade de 
superantígenos. S. aureus tem a capacidade de se adaptar a 
pressões ambientais, tais como antibióticos e o sistema imune 
humano.
Também, recentemente, foi demonstrado pelo sequen-
ciamento de Streptococcu spyogenes do grupo A (GAS) que 
genes de bacteriófagos e transposons perfazem aproximada-
mente 10% do DNA total desse organismo, sugerindo que a 
fonte de transferência horizontal é também significante. De 
fato, três dos quatro profagos identificados em S. pyogenes 
transportam genes codificando proteínas associadas à viru-
lência, localizados numa extremidade do fago. O interessan-
te é que, apesar de 40 genes associados à virulência terem 
sido identificados em GAS, nenhum desses genes agrupa 
dentro de ilhas de patogenicidade, como é o caso de muitos 
patógenos tal como o MRSA acima referido.
É sabido que o corpo humano contém 10 vezes mais 
células microbianas que células humanas. Esta diversidade 
de micro-organismos forma uma comunidade comensal, sim-
biótica e de micro-organismos patogênicos que convivem no 
hospedeiro. Esta comunidade é conhecida como microbiota 
ou microbioma, sendo seu estudo fundamental para enten-
49
der o equilíbrio interno (homeostasia) e a sobrevivência do 
gênero humano em diversos ambientes (ver capítulo 12). 
Sua importância é tal que a composição da microbiota está 
profundamente relacionada com diversas doenças tais como 
doenças cardiovasculares, respiratórias, doença inflamató-
ria intestinal, alergia, autoimunidade, obesidade, esclerose 
múltipla entre outras. A microbiota é variável e depende de 
fatores inatos no indivíduo, assim como externos tais como 
alimentação e meio ambiente. A microbiota tem um papel 
preponderante na formação de biofilmes protetores que 
competem com bactérias patogênicas por sítios de adesão 
e microambientes (antagonismo microbiano). A microbiota 
colabora na regulação do sistema imune e homeostase, tam-
bém está diretamente ligada ao metabolismo do hospedeiro, 
auxiliando na digestão e absorção de alimentos, além de 
produção de vitaminas K e B12. Devido a isto vários estu-
dos complexos têm sido desenvolvidos como é o caso do 
Projeto da Microbiota Humana (HMP), que busca estudar 
o papel de micro-organismos na saúde e doença humana. 
Este projeto permitirá conhecer a composição da microbiota 
das superfícies mucosas do corpo, incluindo mucosa nasal, 
cavidade oral, pele, trato gastrointestinal e trato urogenital 
avaliando o potencial metabólico destas comunidades. Estes 
dados permitirão gerar um sistema integrado de informação 
sobre as propriedades biológicas da microbiota e sua relação 
com hospedeiro.
Do Genoma à Função Bacteriana
Após a finalização do sequenciamento do genoma, o 
desafio é utilizar os dados para interpretar a função das pro-
teínas, da célula e dos organismos. Não há dúvida que obter, 
arquivar, ordenar e classificar dados é a chave do processo, 
mas a bioinformática tem um papel no contexto do conhe-
cimento da vida e evolução. Novas maneiras para identi-
ficar e medir todas as moléculas de RNA (transcriptoma) 
e proteínas (proteoma) na célula irão permitir identificar a 
participação crítica e as sequências de interações de um dado 
evento. Agindo assim, cientistas esperam entender processos 
biológicos, tais como reprodução, envelhecimento, evolução 
e, evidentemente, causas (e, portanto, cura) de doenças. Um 
fato que mostra a tarefa por realizar e o estudo da relação 
entre a estrutura e função, a partir de genomas microbianos 
recém-decifrados, é que eles podem conter cerca de 20% a 
70% de quadros de leitura (ORFs), que informam proteínas 
ditas de “função desconhecida”. Estima-se que cerca de dez 
proteínas são identificadas por dia e incluídas as cerca de 14 
mil resolvidas até hoje.
A Identificação de Genes não Essenciais em 
Mycoplasma genitalium
Uma importante questão quando se tem uma com-
pleta sequência genômica é saber quantos desses genes 
são essenciais para a vida celular, ou seja, qual o número 
mínimo de genes que são necessários para a vida. Para tal 
estudo, foi utilizado o menor genoma celular bacteriano, o 
do Mycoplasma genitalium, um habitante comum dos tratos 
genitais humanos. A equipe de Venter, composta de apenas 
cinco funcionários, usando oito máquinas ABI, levou poucos 
meses para concluir o sequenciamento desse organismo que 
possui somente 580 mil pares bases e 480 genes codifica-
dores de proteínas, mais 37 genes para as diversas espécies 
de RNA, totalizando 517 genes. A pergunta que fica é se 
o M. genitalium é capaz de manter a vida com apenas um 
terço dos genes do H. influenzae, quantos genes mais seriam 
dispensáveis? Seria possível definir o número mínimo de 
genes necessários para manter a vida? A solução veio com 
experimentos introduzindo um transposon para romper 
alguns genes (cerca de duas mil inserções diferentes foram 
realizadas). As inserções do transposon em 93 genes dife-
rentes do M. genitalium não tinham aparentemente nenhum 
efeito sobre a sua saúde. A análise revelou que apenas cerca 
de 300 dos 480 genes codificadores de proteínas são essen-
ciais para o M. genitalium sob condições de crescimento em 
laboratório e a função de cerca de 100 desses genes continua 
envolta em mistério. 
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