6-aula-genetica

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Genética bacteriana
Prof. Adj. Ary Fernandes Junior
Departamento de Microbiologia e Imunologia 
Instituto de Biociências – UNESP
Tel. 14 3880.0412
ary@ibb.unesp.br
Visão geral da construção de uma célula recombinante e alguns exemplos de sua aplicação
Genes pertencentes a uma determinada célula de um organismo podem ser inseridos e expressos em células de 
outro organismo. Células geneticamente modificadas podem ser utilizadas para produzir uma grande variedade 
de produtos úteis.
Replicação do DNA
Replicação bidirecional de uma 
molécula circular de DNA bacteriano
Replicação bidirecional de uma molécula circular de DNA 
bacteriano
Bactérias: Onde encontramos genes?????????
DNA Bacteriano, Plasmídios, DNA Fágico, Transposons
Replicons
Variações Temporárias (Sem alterações no genoma)
(Alterações Fenotípicas)
- Produção de beta galactosidase quando tem lactose no meio 
(regulação gênica)
Fisiológicas
-Serratia marcescens: 37º C – sem pigmento  25º C – vermelhas,
-Bacillus sphaericus: 2% peptona (células vegetativas)
0,1% peptona (esporos)
-Gram positivos: Culturas novas – cels. azuis 
Cultura velhas – cels. vermelhas,
- Azomonas x sacarose x cápsula
Morfológicas
Variações Permanentes Com alterações no genoma)
(Alterações genotípicas)
Mutação e Recombinação Genética
Ahmed ety al. Nature Reviews Microbiology 6, 387-394 (May 2008)
A absorção de elementos genéticos móveis (fagos, plasmídeos de virulência, ilhas de patogenicidade), e perda de 
porções de DNA-cromossômico em linhagens distintas de E. coli, possibilitou surgimento de clones de diferentes 
patotipos de E. coli associados a sintomas de doenças específicas. 
LEE - locus of enterocyte effacement; PAIs - pathogenicity island; pEAF - enteropathogenic E. coli adhesion factor 
plasmid; pENT- enterotoxin-encoding plasmids; Stx - Shiga-toxin-encoding bacteriophage.
(ETEC – Enterotoxigênica E. coli)
(EIEC – Enteroinvasiva E. coli)
(UPEC-Uropatogênica E. coli)
(EPEC – Enteropatogênica E. coli)
(EHEC – Enterohemorrágica E. coli)
(atualmente já se fala em STEC)
E. coli comensal
Plasmídeos Ilhas de patogenicidade
Outras E. coli
-APEC
-NMEC, 
-STEC, etc
1. População de uma bactéria 
em processo de multiplicação
minutos , horas, dias, meses
tempo
2. Processo de crescimento e divisão 
produzem naturalmente células 
mutantes
3. População continua multiplicação, e 
originando ocasionalmente, mais 
células mutantes
Células são expostas a um 
composto antimicrobiano 
Pressão seletiva
4. Células são mortas ou impedidas de 
multiplicação pela antimicrobiano com exceção 
dos mutantes resistentes ao antimicrobiano 
específico.
5. Os mutantes continuam com o crescimento 
na presença do antimicrobiano e iniciam 
dispersão pelo ambiente
Variação permanente resultante de Mutação
Mutação cria variação
Mutação desfavorável é 
selecionada contra
Ocorre reprodução e mutação
Com a mutação favorável é 
provável que o mutante 
sobreviva...
....e se reproduza
Variação permanente 
resultante de Mutação
http://www.melhordawiki.com.br/wiki/Imagem:Mutation_and_selection_diagram_pt.svg
Variação permanente resultante de Recombinação Genética
1. Duas populações bacterianas A e B 
crescem em um mesmo ambiente. A 
espécie B é resistente a droga X. 
2. Troca de DNA (elementos genéticos móveis) 
ocorre entre células em baixa frequência. 
3. Células da espécie A recebem o gen de 
resistência a droga X, presente no elemento 
genético móvel da espécie B. 
Pressão seletiva
Bactérias são expostas a 
droga X.
4. Na presença da droga X, as células da 
espécie A que receberam gen da resistência 
da espécie B são capazes de multiplicar-se 
enquanto que as células originalmente 
sensíveis não multiplicam-se.
MUTAÇÃO
“Alteração brusca no material genético”
“Alteração hereditária em uma seqüência de bases 
do DNA”  Mutante
Natural (10-6 a 10-10 ) 
Adquirida ou Induzida (Agentes Físicos e Químicos)
Klebsiella pneumoniae
(Aspecto mucóide 
(molhado) 
de colônias)
Variação S  R 
Variação S (Smooth)  R (Rough) em K. pneumoniae
por mutação
Resistência à drogas antimicrobianas por mutação
(Tipo Cromossômica)
Mutação
Resistente a 500 g 
Bactéria sensível a estreptomicina (1 g)
Modelo de um passo (“one step”)
Bactéria sensível a Penicilina (1 g)
Mutação
Resistente a 10 g
Resistente a 20 g
Mutação
Resistente a 50 g
Mutação
Modelo de vários passos (“multi step”)
Tipos de Resistência Cromossômica
“Moléculas distintas de DNA são combinadas numa 
mesma molécula, graças a um processo físico de 
quebra e ligação destas moléculas”
RECOMBINAÇÃO GENÉTICA: Doadora Receptora
DNA externo = DNA Exogenoto  Destinos 
possíveis (? )
TRANSFORMAÇÃO (Griffith-1928) 
(Reversão Pneumocócica (RS) (Rough – Smooth)
“Incorporação de DNA solúvel” (Lise ou Liberação Espontânea)
(Plasmídeos são passíveis de transferência também)
Condições para ocorrer a transformação
DNA homólogo, 
Dupla fita e PM elevado (105 a 107), 
Meio sem DNAase
(DNA solúvel, Qualquer momento, Determinado estágio 
do ciclo celular, Condições Especiais)
Bactéria Receptora em Estado de Competência Fisiológica
Transformação
CONJUGAÇÃO (Tatum e Lederberg - 1947 - E.coli)
“Transferência através de comunicação entre as duas bactérias” ( Unidirecional)
Pili (Gram negativa) Ponte de conjugação
(Gram positiva)
Conjugação bacteriana
Conjugação de Gram negativa 
Enterococcus faecalis pheromone-responsive conjugative system.
Pheromone A released from the potential recipient cell (right) interacts with plasmid A in the potential donor cell (left) to induce synthesis of
aggregation substance. Attachment of aggregation substance to binding substance causes the cells to clump into visible aggregates. Once
the pheromone-responsive plasmid A has transferred from donor to recipient cell, synthesis of pheromone A is shut off. 
Doadora Receptora
Conjugação de Gram positiva
Adaptado de Murray, B.E. (1998)
Processo mediado por Plasmídeos (Ex. Plasmídeo 
R=Resistência à drogas, F=Fertilidadede, 
Virulência, Col, Metabólico, Críptico, etc)
Obs. DNA cromossômico também pode ser 
transferido durante a conjugação.
Plasmídeo 
conjugativo
Plasmídeo R
TRANSDUÇÃO ( Zinder e Lederberg - 1952)
Transferência (DNA bacteriano e Plasmídios) ocorre por meio de um vírus 
(Bacteriófago)
Um fago infecta a célula 
bacteriana doadora
O DNA e proteínas do fago são produzidos, e o DNA 
bacteriano quebrado em fragmentos.
Ocasionalmente, durante a montagem do fago, fragmentos 
do DNA bacteriano são empacotados no capsídeo do fago. 
Então a célula doadora é lisada e as partículas de fago são 
liberados.
Um fago carreando o DNA bacteriano 
infecta a nova célula hospedeira, a célula 
receptora.
A recombinação pode ocorrer, produzindo 
uma célula recombinante com um 
genótipo diferente da célula doadora e da 
célula receptora.
Ciclo Lítico
(vírus virulento)
Ciclo Lisogênico
(vírus temperado)
Transposon  Genes Saltadores, Elementos Móveis 
ou “Jumping genes”
Codificam Resistência a 
Drogas, Síntese de Toxinas e 
Enzimas Degradantes.
Encontrados tanto em DNA 
cromossômico como em 
Plasmídios
Tem sequência (de Inserção) 
que codifica enzima 
Transposase (Transposição )
Interfere com sequência 
linear do gene 
Mutação, Inativação ou 
Quebra; 
Interação entre DNA e Proteínas Reguladoras 
Regulam síntese de RNAm e Atividade de enzimas 
específicas
Regulação da Expressão Gênica
Evitar síntese desnecessária de metabólitos, 
desperdício energético, acúmulo intracelular de 
metabólitos tóxicos.
(Ex. Operon Lac em E.coli ( Operon Indutível);
Operon Trp de E. coli (Operon repressível)
Operon Lac de E. coli (Operon indutível)
Operon Lac de E. coli (Operon indutível)
Operon Lac de E. coli (Operon indutível)
Operon Trp de E. coli (Operon repressível)
Operon Trp de E. coli (Operon repressível)Operon Trp de E. coli (Operon repressível)