Genética Microbiana

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GENÉTICA MICROBIANA 
Conceitos Básicos 
 
- Célula bacteriana: menor entidade viva auto-
sustentável governada por informações 
genéticas. 
 
- Os vírus embora menores precisam estar 
dentro de uma célula 
 
- Tamanho do genoma: vírus < bactéria < 
eucarioticos 
 
- Fluxo de informação genética: DNA> 
RNA > ptns 
 
 
 
 
 
Conceitos Básicos 
 
Cromossomo bacteriano: DNA único, fita dupla, 
circular cerca de 4,2x103kb (Escherichia coli); 
contém informações essenciais 
 
Plasmídeo: DNA extra-cromossômico fita dupla, 
circular ou linear, 2 a 120 Kb contém informações 
usualmente não-essenciais, auto-replicável, com 
1/100 da extensão do genoma 
 
 
 
 
Vantagens seletivas dos plasmídeos 
-Resistência a drogas e outros agentes 
antimicrobianos 
 
-Produção de fatores de virulência (toxinas) 
 
-Degradação de substâncias complexas (ex. 
petróleo) 
 
- mecanismos adicionais de transferência genética 
(conjugação) > plasmídios conjugativos 
 
- Ferramentas em Engenharia Genética 
 
Plasmídios Conjugativos 
F-pili: apêndice celular relacionado com a transferência de 
plasmídeos (comum em G-) 
 
Ribossomos: cerca de 15.000/célula; composto pelas sub-
unidades 30S (rRNA 16S + 21 proteínas) e 50S (rRNA 23S + 5S 
+ 35 proteínas 
 
Transposon ou elemento genético móvel: conjunto de 
segmentos lineares de DNA, capazes de mudar de posição 
dentro do genoma, independente da homologia entre a região 
genômica onde encontram-se inseridos e o local ao qual se 
destinam. 
 
Transposases =enzimas que permitem a transposição 
 
Operon: -Sítio Operador permite que a RNA polimerase 
transcreva ou não a sequência de gens (controle da transcrição) 
 
 
 
 
-Operon: conjunto de genes funcionalmente relacionados, 
contíguos e controlados coordenadamente, sendo todos 
expressos em apenas um RNA mensageiro. Ou seja, é 
constituído pelo promotor, o operador e os genes estruturais 
 
-Cada operon corresponde a uma via metabólica. Os operons 
podem ser induzidos ou reprimidos 
 
-As bactérias sintetizam as enzimas de uma via metabólica 
apenas quando o substrato está presente. 
 
Ex: Operon-LAC (Operon da Lactose) 
 
 
 
 
Mutação induzida: causada por agentes mutagênicos, que 
aumentam a taxa de mutação 
 
-Na presença de lactose, esta se liga à ptn repressora, 
inativando-a, ocorrendo assim a produção de enzimas que 
degradam a lactose. 
 
-Na ausência de lactose, a ptn repressora está ligada ao sítio 
Operador, reprimindo-o. RNAm não passa não há 
transcrição 
 
Variabilidade Bacteriana 
Alterações Fenotípicas: devido à influência de um fator 
externo, são reversíveis; sem comprometimento 
genético. 
 
Exemplos 
Serratia marcescens (37ºC – sem pigmentação 25ºC – 
vermelhas) 
 
Bacillus sphaericus (2% peptona – células vegetativas, 
0,1% peptona – esporos) 
 
Produção de cápsula Klebsiella pneumoniae (meio com 
sacarose) 
 
Gram positivos (cultura nova – células violetas cultura 
velha – células vermelhas 
 
 
 
Alterações Genotípicas: alteração do código genético 
 
Mutações: alteração no código genético durante replicação 
do DNA, resultando em uma alteração na sequência de 
nucleotídeos. 
 
Tipos mutações: espontânea e induzida 
 
Mutação espontânea: ocorre naturalmente em ~ 1 x 10-6 a 1 
x 10-9 por divisão celular, provavelmente devida a uma baixa 
taxa de mutagênicos naturais, presentes no ambiente 
 
Taxa de mutação: n° de mutações que ocorre por geração 
 
 
 
 
 
Tipos de mutação 
 
- Substituição de uma das bases nitrogenadas 
 
- inserção de uma ou mais bases 
 
-deleção de uma ou mais bases 
 
Mutação induzida: causada por agentes mutagênicos, 
substâncias que aumentam a taxa de mutação 
 
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AGENTES MUTAGÊNICOS 
RECOMBINAÇÃO GENÉTICA 
Mecanismos de Transferência Genética em 
Bactérias 
 
- Transformação 
 
- Transdução 
 
- Conjugação 
1. Transformação 
 
- Captação de DNA livre por uma bactéria em estado 
fisiológico apropriado (estado de competência 
 
- Experimentos de Griffith Transformação (1928) 
 
- Streptococcus pneumoniae sem cápsula 
 
- Colônia lisa =com cápsula 
- Colônia rugosa =sem cápsula 
 
 
A)Os ratos injetados com a colônia de bactérias sem cápsula 
não morreram. 
 Os ratos injetados com a colônia de bactérias com cápsula 
morreram. 
 
B)Depois injetou-se células com capacidade de produzir cápsula 
mas que estavam mortas e os ratos não morreram. 
 
C)Misturou-se células sem cápsula e células mortas com 
capacidade de produzir cápsula e os ratos morreram. 
 
D)Ao isolar o sangue destes ratos (C), descobriu-se a colônia 
lisa, com cápsula. 
 
Com isto, conclui-se que alguma coisa foi transferida da célula 
morta para células vivas, dando a esta a capacidade de formar 
colônias com cápsula. 
 
 
Atualmente, sabe-se que este “algo” é um fragmento de DNA, 
e que o processo é chamado transformação 
 
Transformação =transferência de um pedaço de DNA de uma 
célula morta para uma célula viva 
 
1.para que o DNA se integre é preciso que ache região de 
sequência parecida. Apenas em bactérias de mesma espécie 
serão achadas regiões homólogas do genoma 
 
2.ele se insere nesta região e o outro fragmento é eliminado 
 
-célula receptora necessita estar competente para receber o 
fragmento 
 
 Qualquer bactéria pode ser induzida a um estado de 
competência in vitro (através de CaCl2 e temperatura) 
 
TRANSFORMAÇÃO 
Competência: alterações na parede celular que a torna 
permeável a moléculas grandes de DNA 
 
Natural: células competentes durante todo o 
crescimento celular 
 
apenas algumas espécies bacterianas apresentam 
competência naturalmente (ex.Neisseria gonorrhoeae e 
Haemophilus influenzae) 
 
·Artificial: induzida no laboratório 
 A bactéria doadora morre e é degradada 
 
Transdução 
Generalizada qualquer região de um cromossoma bacteriano 
pode ser transferida para uma receptora, enquanto na 
especializada só alguns genes são transferidos. 
 
 A célula bacteriana, sendo infectada por um fago pode causar 2 
situações: 
 
1) Ciclo Lítico 
-célula é lisada 
-fagos são liberados podendo infectar outras células bacterianas 
 
-Montagem: alguns vírus recebem DNA da célula bacteriana 
 
Fago transdutor =fago com genoma da célula bacteriana 
incorporado 
(não causa infecção, pois só o capsídeo é dele; 
 
-quando este fago se ligar a receptores de outra célula, injeta o 
material genético da bactéria (e não do vírus) 
 
-caso haja homologia, pode até haver recombinação (se for em 
células da mesma espécie) 
 
 
 
Bacteriófago Lítico 
O genoma do bacteriófago entra na bactéria e direciona o 
maquinário metabólico bacteriano para confeccionar 
componentes e enzimas virais 
 
. Ocasionalmente, o capsídeo do bacteriófago incorpora, por 
engano, um fragmento do genoma ou um plasmídeo da 
bactéria hospedeira (doadora), ao invés do genoma do fago 
Bacteriófagos são liberados. 
 
O bacteriófago portador do DNA da hospedeira anterior 
(doadora) adsorve-se a uma nova bactéria (receptora) 
 
O bacteriófago insere o DNA da bactéria doadora que 
carrega em uma bactéria receptora 
 
O DNA da bactéria doadora é trocado com o DNA 
homólogo da bactéria receptora. 
 
Conjugação =passagem de um plasmídio de uma célula viva 
para outra célula viva 
 
célula doadora =plasmídio com gen da fertilidade (genF) 
 
O gen da fertilidade codifica para uma ptn que compõe o pilli 
sexual. 
 
Plasmídio conjugativo =plasmídio com genF, possibilitando à 
célula fazer conjugação 
 
1-o pilli sexual encontra receptores em outra célula que pode ser 
de outra espécie ou outro gênero. 
2-o plasmídio então se duplica, e uma cópia deste é passada à 
outra célula 
 
Antes: célula F+ e célulaF- ,Depois: 2 células F+ 
A conjugação requer contato celular e é sempre unidirecional: F+ 
F- 
 
 
 
 
 
-célula doadora com plasmídio que possui gens responsáveis 
pela síntese do pilli sexual específico 
 
Conjugação- Pilus sexuais 
 
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A bactéria doadora tem um plasmídeo que codifica um 
pilus sexual 
 
O pilus sexual adere a uma bactéria (F-) que atua como receptora. Uma fita do 
plasmídio é quebrada e transferida. 
 
O pilus sexual retrai-se e é criada uma ponte entre as 
duas bactérias. Uma fita do plasmídio entra na bactéria 
receptora. 
 
Ambas fazem uma fita complementar do plasmídio (portanto, 
são F+). Não ocorre transferência de DNA cromossômico 
nessas condições, mas outros plasmídeos podem ser 
transferidos simultaneamente. 
 
APLICAÇÕES 
ÁREAS 
Saúde 
- remédios e vacinas mais eficazes com maior grau de 
pureza e a um custo menor 
- diagnóstico, prevenção e tratamento de doenças genéticas 
Alimentos 
- novos produtos processos alimentícios mais eficientes 
- melhor rendimento e qualidade na produção agropecuária 
Energia 
- maior eficiência na conversão de biomassa em 
combustíveis 
- menor consumo energético em processos industriais 
- aumento na recuperação de petróleo 
Materiais 
- menor custo na produção de produtos químicos com 
matérias - primas de biomassa 
 
Meio Ambiente 
- alternativas biológicas à herbicidas e pesticidas 
- tratamento de detritos tóxicos