Aula 7 - Genetica bacteriana

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GENÉTICA BACTERIANA 
 
TORTORA CAP 08 
Microbiologia – Formação Geral 
01/10/2015 Microbiologia - Prof Cristine Barreto 
Importância 
01/10/2015 Microbiologia - Prof Cristine Barreto 
Genótipo e Fenótipo 
 Genótipo 
◦ Composição 
genética 
◦ Propriedades 
potenciais 
 Fenótipo 
◦ Manifestação do 
genótipo 
◦ Propriedades reais 
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Genótipo: Estrutura do DNA 
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2. Bases 
nitrogenadas 
1. acúcar 
3. fosfato 
Compactaçao do cromossomo depende de 
proteinas chamadas histonas 
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genoma 
cromossomo 
gene 
Pares de base 
Código genético 
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Definições 
 Genoma: toda a informação genética de uma 
célula 
 Cromossomo: estrutura que contém o DNA e os 
genes 
 Genes: DNA que codificam produtos funcionais 
 Pares de base: unidades do DNA (nucleotídeos) 
 Código genético: conjunto de regras que 
transforma a informação no DNA em proteína 
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CÓDON CÓDON CÓDON CÓDON CÓDON CÓDON CÓDON CÓDON 
GENE GENE GENE GENE 
CROMOSSOMO 
MATERIAL GENÉTICO EXTRACROMOSSÔMICO 
+ 
GENOMA 
= 
Bases Nitrogenadas 
A T C G A T C G A T C G A T C G A T C G A T C G 
T A G C T A G C T A G C T A G C T A G C T A G C 
5’ 3’ 
3’ 5’ 
(letras) 
(palavras) 
(parágrafos) 
(capítulo) 
(livro) 
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Organização do genoma de 
procariotos e eucariotos 
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cromossomo 
Ribossomos 
Grânulos 
Flagelo 
Plasmídio 
Pili(fímbria) 
 
Cápsula 
 
Parede Celular 
Membrana Citoplasmática 
Citoplasma 
Genoma bacteriano 
 Geralmente um único cromossomo 
 Geralmente circular 
 Localizado no nucleóide 
01/10/2015 Microbiologia - Prof Cristine Barreto Neisseria E. coli - cromossomo 
Genoma bacteriano tem DNA 
extracromosomal 
 Plasmídeos: moléculas 
extracromossomais de DNA de 
fita dupla que podem replicar-se 
independentemente do 
cromossomo. 
 Carregam genes que codificam 
funções não-essenciais 
(vantagens seletivas); 
◦ Plasmídeos F : síntese de proteínas que 
se arranjam em pili de conjugação; 
◦ Plasmídeos R : síntese de enzimas 
(resistência a antibióticos e metais 
pesados); 
◦ Plasmídeos bacteriocinogênico: 
produção de colicinas por E. coli 
(Plasmídeos col); 
◦ Plasmídeos de virulência: favorecem a 
virulência durante a infecção (Salmonella 
sp); 
◦ Plasmídeos indutor de tumor em plantas: 
A. tumefaciens (plasmídeo Ti); 
◦ Plasmídeo de degradação: síntese de 
enzimas catabólicas (Pseudomonas sp) 
 
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A informação genética 
Tradução 
Transcrição 
Replicação 
DNA 
RNA 
proteína 
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https://www.youtube.com/watch?v=yq
ESR7E4b_8#aid=P-lUQeVW8fs 
Replicação 
 Possibilita o fluxo de informação genética entre gerações; 
 É semi-conservativa; 
◦ Uma fita do DNA parental é conservada durante o processo 
(semiconservativa) 
◦ A fita complementar é sintetizada novamente; 
 
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Antibióticos que interferem na 
replicação 
 Quinolonas (ácido nalidíxico, nofloxacina) 
◦ Inibem as proteínas envolvidas em 
separar as fitas do DNA (girases e 
topoisomerases) 
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Aplicação do conhecimento: 
• PCR 
– Reação em cadeia da polimerase 
A informação genética 
Tradução 
Transcrição 
Replicação 
DNA 
RNA 
proteína 
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O RNA 
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Transcrição 
 Produção de RNA a 
partir do DNA. 
 Ocorre na presença 
da RNA polimerase 
 Etapas: 
◦ RNA polimerase se liga 
a fita de DNA (promotor) 
◦ Síntese do mRNA 
◦ RNA polimerase se 
desliga da fita de DNA 
◦ O mRNA se desliga do 
DNA e ribossomos se 
ligam ao mRNA 
 
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Antibióticos que interferem na 
transcrição 
 Rifamicinas: se liga à RNA polimerase 
impedindo o elongamento da cadeia 
de mRNA. (tratamento de tuberculose 
- Mycobacterium) 
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A informação genética 
Tradução 
Transcrição 
Replicação 
DNA 
RNA 
proteína 
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Tradução 
 Síntese de proteínas a partir do 
mRNA 
 Tipos de RNA: 
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rRNA 
tRNA 
mRNA 
Tradução 
O RNAm possui a informação para a síntese 
de proteínas; 
 Moléculas de tRNA, se ligam cada uma a 
um determinado aminoácido; 
 O RNAr se liga ao mRNA expondo o 1° e 
2° códons; 
 Um tRNA se liga ao primeiro códon do 
mRNA; 
 Outro tRNA específico se liga ao 2° 
códon do RNAm; 
 Os aa se ligam (ligação peptídica) e o 1° 
RNAt se desliga do mRNA; 
 O RNAr se desloca sobre o mRNA, 
formando uma cadeia polipepitídica; 
 O último códon no mRNA (códon terminal) 
determina que a proteína recém-formada 
se desligue do mRNA 
mRNA 
rRNA tRNA 
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https://www.youtube.com/watch?v=ETVEWEOPYNk 
Tradução 
Direção da Tradução 
(5´  3´ no RNAm) 
Polipeptídeo 
Nucleotídeos 
Direção da 
Transcrição 
 
Promotor 
Fita molde 
RNA 
polimerase 
Ribossomo 
DNA 
RNAm 
mRNA 
rRNA 
tRNA 
aminoácidos 
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Antibióticos que interferem na síntese 
proteica 
 Macrolídeos e aminoglicosídeos: se 
ligam de forma irreversível ao 
ribossomo 
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Streptomicina 
aminoglicosideo 
Eritromicina 
Macrolídeo 
Exercício 
 Desenhar as três etapas do chamado “dogma da 
biologia” 
 Colocar em cada etapa as classes de 
antibióticos que tem o mecanismo de ação 
correspondente: macrolideos, quinolonas, 
tetraciclinas, aminoglicosideos, e rifampicina. 
 Mostre o mecanismo de ação (ou escreva) 
 Dê um exemplo comercial desse antibiótico 
 Essa atividade é individual! Cada um deve usar 
sua criatividade para fazer esse esquema. 
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Mutações 
São alterações na estrutura química ou física do DNA 
 Pode causar alteração no produto codificado pelo 
gene; 
 Pode ser ocasionada por agentes físicos ou químicos 
(agentes mutagênicos); 
 Mutante = organismo resultante da ação destes 
agentes; 
 É fonte de variabilidade genética (matéria-prima para a 
evolução); 
 Mutações Espontâneas: 
◦ Causadas por erros durante a replicação do DNA 
◦ Exposição do organismos a influências do meio ambiente (ex UV) 
◦ Eventos raros 
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Resistência aos antibióticos 
1. mutações 
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Resistência aos antibióticos 
2. Transferência Genética 
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Transformação 
 Processo no qual o 
DNA livre no meio 
é tomado pela 
célula, resultando 
em alterações 
genotípicas desta01/10/2015 Microbiologia - Prof Cristine Barreto 
Célula geneticamente transformada 
A recombinação ocorre 
entre o DNA doador e 
DNA receptor 
DNA não recombinado 
degradado 
Fragmentos de DNA de 
células doadoras 
DNA cromossômicos 
Célula receptora capta 
o DNA doador 
Célula receptora 
Transformação 
•Eletroporação 
•Choque térmico 
•DNA & sais 
Trasnformação pode ser feita 
artificialmente no laboratório 
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Conjugação 
 Mecanismo de transferência de informação genética; 
 Requer contato entre as células (pili sexual- Fator F); 
 Transferência de molécula de DNA extracromossômico 
(Plasmídeos); 
 Transferência do DNA cromossômico total/segmentos (rara); 
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Transdução 
 O DNA bacteriano é transferido entre células 
mediado por um vírus; 
 Os vírus transportadores são os bacteriófagos 
(fagos); 
 Um bacteriófago virulento: 
 Capaz de causar lise celular (lisogênico). 
 Um bacteriófago temperado: 
 Incorpora seu DNA ao DNA da bactéria (profago) 
e se replica com ele; 
 Ciclo lisogênico. 
 
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Genoma do 
Bacteriófago Profago 
 nucleóide 
bacteriano 
DNA do 
fago 
 Nucleóide bacteriano 
 
 Nucleóide bacteriano 
 
 Nucleóide 
 
 DNA do fago + DNA bacteriano 
 
 Nucleóide da bactéria receptora 
 
 DNA do fago + 
DNA bacteriano 
 DNA do fago + 
DNA bacteriano 
 Nucleóide da bactéria receptora 
 
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Plasmídeos 
 Importância para interação com o meio ambiente 
◦ Plasmídeos de degradação. 
◦ Plasmídeos que codificam para enzimas catabólicas 
(capazes de utilizar compostos como tolueno, 
hidrocarbonetos de petróleo, etc). 
 Importância para o estudo de doenças humanas 
◦ Plasmídeos que codificam proteínas que aumentam a 
patogenicidade (fixação ou produção de toxinas). 
◦ Plasmídeos que conferem resistência à antibióticos. 
 Importância na biotecnologia 
◦ Plasmídeos servem como VEICULOS para transportar 
genes entre células em engenheira genética 
 
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Plasmídeos e resistência aos 
antibióticos 
 1. Seleção das 
bactérias mutantes 
 
 2. A característica 
pode ser passada 
para outras bactérias 
 
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Resistência aos antibióticos 
1. Mutação 
 
 
 
 
2. Transferência para outras bactérias (ex, por 
conjugação) 
 
3. Resistência natural: degradação do 
antibiótico; sistemas de transporte(entrada 
e saída), polissacarídeos externos 
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Exemplo: resistência a Eritromicina (macrolideo) 
Mecanismo de ação: se liga ao RNA ribossomal de bactérias no 
sítio de ligação do tRNA -> impede a tradução 
Uma mutação apenas causa alteração no sítio que o antibiótico se 
liga -> não há ligação -> síntese proteica normal -> resistência 
APLICAÇÃO DO 
CONHECIMENTO 
 
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Identificando agentes mutagênicos pelo 
teste de AMES 
 
 Usa bactérias como indicadores criado por Bruce 
Ames 
◦ Salmonella – mutante que não consegue crescer em meio 
de cultura sem o aminoácido histidina 
◦ Inocula-se a bactéria em meio sem histidina 
◦ Adiciona-se o agente mutagênico 
◦ Se houver alteração no DNA (mutação) a bactéria reverte 
no fenótipo e passa a crescer no meio = agente 
mutagênico! 
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Teste de Ames 
 
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Identificação molecular de 
microrganismos 
 Vantagens 
◦ Sensitividade 
◦ Especificidade 
◦ Segurança 
◦ Tempo 
 Desvantagens 
◦ Custo 
◦ Profissionais treinados 
 
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Aplicação: PCR 
Reação em cadeia da Polimerase 
 Uma técnica que multiplica fragmentos de DNA 
◦ Reação enzimática visando a amplificação seletiva in vitro de fragmentos 
específicos de DNA (ou RNA) de quantidades muito pequenas a partir de material 
complexo, gerando microgramas do DNA alvo. 
 
 Produz quantidade de DNA suficiente para estudo 
 Desenvolvido em 1983 (Saiki et al., 1985; Mullis et al., 1986; 
Mullis & Faloona, 1987) (Cetus corporation) 
 Inventado por Kary Mullis – ganhou prêmio Nobel em 
química em 1993 !! 
 Aplicado em pesquisa biológica em todas as classes de 
organismos 
 Ferramenta de biologia molecular muito importante (mais de 
40,000 publicações usando PCR (White, 1996)) 
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Eletroforese 
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RAPD 
Random Amplification of Polymorphic DNA 
Amplificação de DNA polimórfico de forma randomica 
 Não precisa de análise prévia 
 Primers arbritários 
 Mostram se as bactérias são iguais ou diferentes em 
relação ao genótipo 
 
 A 
B 
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O presente trabalho descreve a emergência de cepas mucoides do 
complexo B. cepacia em um paciente com Fibrose Cística dentro de 
um acompanhamento bacteriológico prospectivo de nove anos. Os 
dados clínicos sugerem a associação entre o isolamento do 
morfotipo mucoide e a deterioração clínica do paciente. Apesar da 
variação fenotípica, os testes moleculares mostraram que o 
paciente manteve-se cronicamente infectado por cepas de mesma 
origem clonal (mesmo genótipo) 
 
 
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Filogenia usando o gene 
do RNAr 16S 
 Lineage: 
 domain Bacteria (1) 
 phylum Firmicutes (1) 
 class "Clostridia" (1) 
 order Clostridiales (1) 
 family "Ruminococcaceae" (1) 
 genus Ruminococcus (1) 
 
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Engenharia genética 
Plantas transgênicas 
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