Genética bacteriana

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Microbiologia Lorena Araújo- 106 
 
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“Toda a informação necessária a vida está armazenada no 
material genético de um indivíduo” 
- A informação genética pode ser utilizada de duas formas: 
• Entre as gerações de células: tem relação com 
duplicação 
o Não tem diferenças genéticas, gera clones 
• No interior da célula: relação com transcrição e 
tradução 
o Relação com metabolismo, com a 
presença de fatores que permitem que ela 
continue crescendo, se desenvolvendo, e 
se mantendo viável em diferentes 
ambientes 
 
-Dupla hélice de polinucleotídeos 
 -Composto por um açúcar do tipo Desoxirribose ligado a um 
grupamento Fosfato e a uma Base nitrogenada, a qual pode 
ser formada por adenina, citosina, guanina e timina, que 
funcionam de forma complementar A-T e C-G 
- A e T são ligadas por 2 pontes de hidrogênio, enquanto C e 
G se ligam por uma ligação tripla, que é mais forte 
 
-Filamento único/simples composto por um açúcar do tipo 
Ribose, que se liga a um grupamento Fosfato e a uma Base 
nitrogenada, que pode ser adenina, uracila, citosina ou 
guanina, as quais se ligam em A-U, C-G 
-Ele pode ser do tipo mensageiro, transportador ou 
ribossomal 
• O RNAm (mensageiro) é a primeira etapa do 
processo de transcrição gênica 
• O RNAr participa da leitura da molécula do RNAm 
– se não ocorrer esse processo, não há produção de 
proteínas. É o processo de tradução 
o Ele percorre todo o RNAm, fazendo a 
leitura de trincas de códons ali presentes 
(tríade de bases nitrogenadas), atraindo os 
aminoácidos correspondentes. 
o É um excelente alvo terapêutico para inibir 
a síntese proteica de bactérias 
• O RNAt é quem carrega o aminoácido 
correspondente que vai se ligar na molécula de 
RNAm – o códon fica presente no RNAm e o anti-
códon no RNAt 
o Conforme o ele vai percorrendo o trajeto, 
forma-se a cadeia de polipeptídeos, que 
no final da tradução irá formar a proteína 
 
- No cromossomo estão as informações genéticas essenciais, 
e no extra cromossômico (plasmídeo) está informações 
adicionais relacionados a resistência e virulência 
- Nem toda bactéria tem material extra cromossômico 
Cromossomo 
• Material circular 
• É encontrado no nucleóide 
• É haplóide 
• O material genético bacteriano é maior que a célula 
bacteriana por isso precisa se condensado e fica no 
formato de uma linha 
• No processo de condensação, temos as histonas, que 
juntam esses filamentos, unindo-os e condensando o 
material genético. 
• Processos que inibem a condensação do DNA bacteriano 
levam ela à morte, pois ela não consegue estabilizar o 
material genético, tendo em vista que ele é muito grande, 
com isso, a célula acaba rompendo 
• Tem um tamanho variável, tendo em vista que algumas 
bactérias são muito mais especializadas (possuem maior 
informação genética para produção dos nutrientes) do 
que outras. 
• Quem tem material genético maior é mais adaptada e 
tende a ser menos especifica, sendo mais resistente a 
variações ambientais. Pois quantos mais genes mais 
produtos a bactéria pode apresentar; 
• expressão genética possui uma organização em operons, 
que são estruturas muito típicas das bactérias, que as 
permitem expressar a informação genética de forma 
particular e otimizada de genes que estão interligados 
o genes que operam juntos para produzir algo 
• Possui replicação semi-conservativa - dentro das fitas de 
DNA, uma delas é utilizada como molde, para produção de 
novas moléculas ou apenas para a expressão gênica 
 
Plasmídeo 
• DNA fita dupla circular 
• Replicação independente, não age de acordo com a 
necessidade da bactéria como o cromossomo; 
• Não é essencial para sobrevivência da célula sob condições 
não restritivas, ou seja, quando bactéria sofre ação de um 
antibiótico o plasmídeo libera enzimas que atua contra os 
antimicrobianos para que a bactéria não morra e continue 
crescendo; 
• Ex.: Plasmídeo R100 – além da resistência à 
antimicrobianos, possui, também, resistência à outras 
substâncias, como mercúrio (metal pesado), sulfonamidas 
(classe de antimicrobianos), multidroga resistente, 
aminoglicosídeos, cloranfenicol, tetraciclinas, luz UV e 
quaternário de amônio (utilizado como desinfetante 
o Ou seja, não apresenta genes de resistência a 
apenas a antimicrobianos 
o Existe outros fatores que os tornam antidrogas 
resistentes 
 
- O DNA é de fita dupla e precisa se abrir para, de acordo com 
o modelo semiconservativo, uma fita ser transcrita pela RNA 
polimerase, formando assim o RNAm que será traduzido em 
uma proteína 
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-Gene é um segmento de DNA que contém a informação 
necessária para codificar uma proteína. Ou seja, é um 
pedaço do cromossomo que carrega informações de uma 
expressão gênica; 
-Operon é uma organização estrutural típica de genomas 
procarióticos, dois ou mais genes que serão transcritos e 
traduzidos simultaneamente por um mesmo processo 
o Em um operon, as sequências codificadoras são 
transcritas em um único RNA, chamado de RNAm 
policistrônico (contém múltiplas informações de 2 ou mais 
genes), o qual dará origem a diversas proteínas; 
- Promotor é uma sequência específica de DNA reconhecida 
pela RNA polimerase (produz RNA mensageiro) 
- Operador é uma sequência específica de DNA reconhecida 
pelas proteínas repressoras 
- Região Codificadora é uma porção do gene que inclui 
sequências que serão transcritas e traduzidas em 
proteínas 
- Terminador é uma sequência de DNA que marca o final da 
transcrição do gene ou operon 
 
- Toda essa região envolta pela linha vermelha é um operon; 
- A expressão dos genes A, B e C será importante ocorrer em 
uma única via por eles serem interligados, logo, para 
otimizar o gasto energético eles são transcritos e 
traduzidos de forma simultânea no modelo operon (genes 
com funções interligadas), transcrito por RNA polimerase 
(se liga ao promotor) 
 
- Além de otimizar o gasto energético transcrevendo e 
traduzindo simultaneamente genes com função interligada, 
a bactéria também regula quando determinado gene vai ser 
lido, transcrito e traduzido. 
- Ela faz isso para evitar ter que expressar um gene cujo 
produto não é necessário naquele momento, evitando que 
gaste energia desnecessariamente 
Genes Constitutivos X Genes regulados 
• Constitutivos – genes que precisam estar constantemente 
ativados e expressos, pois seus produtos estão 
relacionados com questão nutricional, metabólica, etc. 
o São genes relacionados com a viabilidade da 
bactéria, e qualquer problema neles pode levá-la à morte. 
• Regulados – são genes que em determinado momento 
precisam ser transcritos e traduzidos, e em outros 
momentos não. 
o Estão diretamente relacionados com as condições 
do meio e as necessidades da célula para sobreviver ali. 
o Quando são reprimidos é na transcrição, logo no 
começo para não houver gasto enérgico; 
 
Sistema de Repressão e Indução 
• Repressão – a atividade de determinado gene vai ser 
reprimida/desativada 
o Proteínas repressoras irão se ligar à região 
operadora a fim de promover um bloqueio físico para 
inibir a transcrição de determinados genes pela RNA 
polimerase 
o O processo já estava acontecendo e precisa ser 
parado 
• Indução – a atividade de determinado gene vai ser 
induzida a ficar ativa 
 
 
• Modelo de indução Operon 
Lac- relacionados com a 
metabolização da lactose 
em bactéria, nota-se que 
existem enzimas que 
precisam ser codificadas de 
forma simultânea para 
quebrar a lactose, ou seja, 
são genes agrupados no 
modelo Operon. 
 
o Os genes Lac z, Lac y e Lac a estão relacionados com 
a informação genética a ser codificada e cada um desses 
vai expressar uma enzima que será utilizada na 
metabolização da lactose 
o Na ausência de lactose, esses genes não serão 
expressos (RNA polimerase não vai atuar), ou seja, não 
terão o RNAm lac. 
▪Nesse caso, teremos a ação da proteína 
repressora constituindo o bloqueio físico que impede a 
produçãodas enzimas para metabolizar lactose 
o Na presença de lactose, a lactose irá se ligar à 
proteína repressora (possuem afinidade), inativando-a e 
deixando livre a região operadora, possibilitando a 
ocorrência da transcrição do RNAm e a tradução do 
conjunto de enzimas que vão metabolizar a lactose 
 
• Modelo de repressão Operon trp 
o Operon Triptofano é um exemplo de operon que 
estava ativo, mas devido à mudança do meio, passa a ser 
reprimido 
o Nesse caso, o produto dessa expressão gênica é 
vital para a bactéria, logo, ela precisa produzi-lo a todo 
momento 
o Proteína repressora atua para bloquear o triptofano 
na região operadora, a presença dele ativa essa proteína; 
o Na presença do triptofano, ocorre uma ligação 
entre a proteína repressora e o próprio triptofano (que 
nesse caso funciona como co-repressor). 
▪ Essa ligação vai possuir afinidade pela região 
operadora, produzindo um bloqueio físico que impede a 
RNA polimerase de transcrever o RNA mensageiro 
▪Não haverá transcrição e tradução, as proteínas 
não serão formadas, e assim a bactéria poupa sua energia, 
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uma vez que o triptofano já está sendo ofertado pelo meio 
e a síntese proteica possui um alto gasto energético 
 
- Alterações genotípicas são importantes para gerar 
variabilidade. Diante de uma mudança brusca no meio 
ambiente, as bactérias e outros microrganismos possuem 
um conjunto de mecanismos geradores de alterações 
genéticas que conduzem a variantes; 
Essas alterações são feitas de 3 maneiras: 
Transformação 
• capacidade de assimilar o material genético livre de 
uma outra bactéria que tenha morrido 
• Processo que geralmente é mais realizado em 
laboratório para pesquisa 
• Processo que geralmente é mais realizado em 
laboratório para pesquisa 
• Requerimentos para transformação: 
o A bactéria receptora tem que ser 
transformável, ou seja, precisa ter 
capacidade pegar o DNA e incorporá-lo no 
seu cromossomo de forma satisfatório, ou 
seja, sem inibir nenhuma via 
o Células em estado de competência – além 
de assimilar, ela precisa inserir o material 
genético dentro do seu cromossomo sem 
que haja perda das funções contidas ali 
o Presença de DNA livre no meio 
• O que não for assimilado será degradado 
 
 
Transdução 
• transferência de DNA de uma célula para outra por meio 
da ação de um vírus (bacteriófago) 
• O bacteriófago insere seu material genético dentro da 
célula bacteriana, e a partir disso ele altera o 
gerenciamento dessa célula, fazendo com que seu 
hospedeiro passe a trabalhar em função das reações virais, 
como produção de proteínas, replicação material genético 
viral, entre outras coisas; 
• O objetivo é fazer com que no final do processo novas 
partículas virais (bacteriófagos) tenham sido produzidas 
• Ao final desse processo pode ser que o vírus introduza um 
pedaço do material genético da bactéria no seu e aí 
quando for infectar outra bactéria vai haver troca desse 
material genético gerando uma variabilidade genética; 
 
 
 
Conjugação 
• É o processo que gera maior variabilidade genética e é um 
dos principais agentes contra os antibacterianos; 
• Conjugação é feita através de plasmídeo (material 
extracromossômico) 
• Requerimentos para conjugação 
o Contato entre as células, sendo uma doadora que 
possui o plasmídeo conjugativo (fator de fertilidade), e 
uma receptora 
o Na E. coli, a célula doadora é denominada F+ 
(fertilidade positiva, possui o plasmídeo conjugativo), e a 
célula receptora F- (não possui o plasmídeo conjugativo) 
o O pili sexual, proveniente do plasmídio de 
fertilidade, surge quando ele expressa seu produto, 
unindo as duas células e se retraindo para que haja 
aproximação delas 
o A troca de material é feita após a fusão das 
membranas das duas bactérias 
o Ele é um auto-replicon e possui fita dupla, ao 
mesmo tempo que está passando para a célula receptora, 
já inicia o processo de autoduplicação da sua fita. 
o Ao final do processo de conjugação, teremos 2 
bactérias F+, ou seja, 2 bactérias com fertilidade e 
capacidade de transmitir seu potencial genético 
• Esse processo permite o compartilhamento de diversas 
informações genéticas, inclusive a de resistência 
• A conjugação ocorre entre as bactérias do mesmo grupo, 
gram (-) e os gram (+). 
 
 
Mecanismo distintos de expressão genética 
Testes Fenotípicos 
• Se baseiam na expressão dos genes, na forma como 
a bactéria cresceu (se fermenta ou não, se cresce 
no meio ou não). 
• Tudo que avaliamos em laboratório a partir do 
crescimento e das reações metabólicas das 
bactérias são os testes fenotípicos. 
• Característica de gram, se é positiva ou negativa 
(relação com membrana externa); 
• Se é esférica ou bacilar; 
• Como é a conformação da célula bacteriana; 
• Como a parede celular vai se organizar; 
• Se produzem pigmentos ou não (podem ser 
fluorescentes); 
• Se tem cápsula é mucóide; 
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• Se fermenta determinado açúcar alterando as 
condições do meio, pois se fermenta produz ácidos, 
e o pH ácido altera o meio; 
• Bactérias que vão ter colônias, umas maiores, 
outras menores. 
Testes Genotípicos -Análise direta do material genético, que 
pode ser feito por PCR com o DNA bacteriano, avaliação do 
seu perfil de resistência e várias outras coisas – avalia o perfil 
genético da bactéria. 
• Diagnóstico molecular – dar algum diagnóstico 
com base no material genético (buscar na fonte); 
• Desenvolvimento de técnicas com elevada 
sensibilidade e rapidez nos resultados. 
 
Diagnóstico molecular 
• Bactérias não cultiváveis ou pouco cultiváveis 
• Desenvolvimento de técnicas com elevada 
sensibilidade e rapidez nos resultados 
• Analisar bactérias não cultiváveis ou pouco 
cultiváveis, como as bactérias do solo, ou as que são 
muito exigentes nutricionalmente. Pois se a 
expressão não é suficiente vai direto no código 
genético 
 
Capacidade de esporulação 
Apenas bactérias que possuem 
genes próprios (mais de 200) que 
permitam a produção do esporo 
bacteriano e terá resistência 
ambiental 
 
 
Resistência Anti-microbiana – dividida em natural e 
adquirida, sendo essa última dependente da ação direta do 
ser humano 
• Tem informação genética pra isso que pode ser 
reproduzida; 
PCR – reação de cadeia de polimerase 
• Utilizada para teste de covid 
• É uma forma de amplificar seletivamente in vitro 
uma região específica dentro da molécula de DNA 
• Os fragmentos amplificadores podem ser uma 
pequena perto de uma mistura grande e complexa 
de DNA (por exemplo solo, alimento, etc) 
• Toma elementos do processo de replicação do DNA 
• Usa temperatura para abrir e fechar a molécula de 
DNA; 
• Utiliza Primer como marcador, onde ele se liga ao 
gene e sintetiza o alvo 
• Abre o DNA (ocorre desnaturação 94°C), primer se 
liga ao material genético, estende e gera uma cópia 
do gene. Copia exponencial, até 30 copiais e 
milhares de genes 
• Processo mais rápido de reprodução do que cultivo; 
 
OBS: se uma bactéria expressa uma resistência e essa 
resistência não é encontrada no Gene, isso é devido a 
mutação;