Genětica bacteriana

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Genética bacteriana 
Sumário 
• Cromossomo e plasmídeos bacterianos 
• Estrutura, função 
 
• Transposons, os elementos móveis de DNA 
 
• Mutações 
• Transversão e Transição 
• Reparo 
 
• Transformação, Transdução e conjugação 
Experimento de Avery 
Cromossomos 
• Na grande maioria das eubactérias, o cromossomo é pequeno, 
circular e apresenta grande densidade de genes (poucas 
sequências de DNA não transcrevem em um gene ou RNA 
funcional) 
 
• Encontra-se muito empacotado, em uma estrutura 
superenrolada (supercoiled), o que facilita a organização do 
DNA e agrupamento das enzimas 
 
• Na maioria das eubactérias, o processo de transcrição é 
intimamente ligado ao de tradução, com ambas ocorrendo 
quase simultaneamente 
A replicação do DNA 
• Bactérias com cromossomos circulares possuem uma única 
origem de replicação (OriC em E. coli), a partir de onde a DNA 
polimerase III pode atuar sobre a dupla-fita 
 
Nucleotídeos adicionados de 5’ 3’ 
 
Síntese do DNA/RNA 
• SEMPRE na direção 5’  3’ 
 
• As cadeias de DNA de dupla-
fita são antiparalelas 
• Ao observar uma fita, a sua 
complementar tem o sentido 
invertido 
 
• Ligação entre as bases é feita 
por PONTES DE HIDROGÊNIO 
 
• Dupla-hélice com volta a 
cada aproximadamente 10 
nucleotídeos 
Leitura do DNA 
• A sequência do DNA é LIDA 
SEMPRE na sequência 3’5’ 
 
• Ou seja, quando observar uma 
fita de DNA, o primeiro 
nucleotídeo a ser lido é o da 
extremidade 3’ de uma das fitas 
 
• A fita complementar a esta vai 
ser sintetizada em SEU sentido 
5’3’ 
 
CONTROLE DA EXPRESSÃO GENTÉTICA 
François Jacob e Jacques Monod 
Operons 
• Unidade Funcional do genoma sob controle de um único 
promotor 
 
• Cria uma cadeia longa de mRNA, que pode ser traduzida em 
um único RNA policistrônico ou dividido em mRNAs 
monocistrônicos 
 
• Possuem, a montante, uma sequência regulatória onde um 
operador é reprimido por uma proteína repressora, ou 
indutora. Através de um sinal específico (p.e. Presença de 
açúcar ou aminoácido), o repressor é desligado do operador e 
inicia-se a transcrição 
• Na presença de lactose, o repressor lac se desliga da região 
repressora, fazendo com que a RNA polimerase possa iniciar a 
transcrição dos genes responsáveis pela captura e degradação 
da lactose. Repare como os genes bacterians organiam-se em 
tandem, um em seguida do outro, sendo todos eles transcritos 
em um só mRNA. Notem também que o ribossomo inicia a 
tradução simultaneamente à RNApol. 
Promotor Induzível: 
A presença de 
determinada molécula 
libera a transcrição 
Promotor Repressível: 
A presença de 
determinada molécula 
impede a transcrição 
MUTAÇÃO 
Mutações 
• Ocorrem quando a sequência de DNA é modificada 
 
• Pode ser espontânea ou induzida 
 
• Podem levar a mutações sem sentido, de sentido errado, 
mudança de fase de leitura e supressora 
Sistemas de Reparo 
• Sistema SOS e adaptativo 
• Sistema SOS ativado pela luz UV – controlada pelos genes RecA e 
LexA (repressor) 
 
• Ação de endonucleases, que removem o trecho afetado por 
dímeros de timidina 
 
• Reparo por excisão 
 
• Reparo por recombinação homóloga – Presente apenas em 
eucariotos 
PLASMÍDEOS 
Plasmídeos 
• Pequenos elementos extracromossomais independentes (2-
50kb, em média), sendo que bactérias podem obter e 
descartar plasmídeos sem interferir com seu genoma 
 
• Podem conferir vantagem ao adicionar à célula genes de 
resistência a antibióticos, resistência ambiental ou fornecer 
uma nova via metabólica que forneça energia a partir de um 
substrato mais abundante 
 
• Pode haver mais de um plasmídeo IGUAL em uma célula 
(mesma cópia de um plasmídeo) 
 
• REPLICA DE MANEIRA INDEPENDENTE DO CROMOSSOMO, 
MAS USANDO A MAQUINARIA PRÉ-EXISTENTE 
Estrutura geral de um plasmídeo 
Plasmídeos 
• Todo plasmídeo deve conter, pelo menos, uma origem de 
replicação e um gene de resistência/diferenciação. O gene 
permite à célula sobreviver em uma condição adversa e 
continuar com o plasmídeo 
 
• Muitos plasmideos têm a habilidade de conferir fertilidade à 
bactéria, e fazer a CONJUGAÇÃO do plasmídeo entre 
bactérias 
• Plasmídeos de Estafilococos gram+ não podem fazer conjugações 
• Plasmídeos de bacilos Gram-, estreptomicetos e estreptococos só 
podem fazer a conjugação se possuírem os genes de conjugação 
OU se a célula hospedar também um plasmídeo conjugativo, 
ocorrendo então a mobilização de plasmídeo 
• Plasmídeos Conjugativos – importantes para a transferência 
de plasmídeos  FATOR F 
 
• Plasmídeos R – Resistência a antibióticos, contendo um gene 
de resistência e um RTF, fator de transferência da virulência, 
essencial para a formação dos pili sexuais. 
 
• Plasmídeos Col – produtor de colicininas, inibidoras do 
crescimento de bactérias sem o plasmídeo Col 
 
• Plasmideos de virulência – Conferem às bactérias novas 
moléculas (toxinas, adesinas) para a colonização de um 
hospedeiro 
 
• Plasmideos de dissimilação  sobrevivência utilizando 
componentes incomuns 
TRANSPOSONS 
Transposons 
• Sequências de DNA que podem mudar de posição no 
cromossomo do hospedeiro 
 
• Independente da recombinação homóloga, permite a 
mobilidade de elementos genéticos dentro de um 
cromossomo, entre cromossomo e plasmídeo e inclusive entre 
organismos 
 
• Todos os transposons dependem da transposase codificada 
por um gene presente no próprio transposon 
 
• Possuem como caraterística sequências de repetições 
invertidas dos dois lados do transposon, flanqueados por 
duas repetições diretas 
Barbara McClintock 
 
Transposon simples 
• Como o transposon transmite a informação? 
1. A transposase reconhece as sequências invertidas nos 
flancos do transposon 
2. A transposase corta as repetições diretas e remove o 
elemento 
3. A transposase encontra um novo sítio de integração igual à 
repetição direta original, e corta formando terminais 
coesivos 
4. A DNA polimerase e ligase completam a lacuna, conclindo a 
transposição do gene 
Retrotransposon 
• Dependem, além da transposase, de uma transcriptase 
reversa. 
 
• Nesse transposon, um mRNA é transcrito, a transcriptase 
reversa sintetiza o DNA a partir do mRNA, e o novo 
componente genético é reinserido no genoma, criando mais 
uma cópia do transposon 
 
• O HIV utiliza de Retrotransposons para integrar-se ao genoma 
humano 
 
• LINEs e SINEs são retrotransposons que ocorrem 
naturalmente em humanos 
Transposon Conjugativo 
• Ocorre entre Streptococcus e outras Gram+ 
 
• Importante na disseminação de resistência a antibióticos 
dentro do gênero 
 
• Um bom exemplo é a resistência a tetraciclina, conjugada pelo 
transposon Tn916, e podem saltar entre genomas e entre o 
genoma e plasmídeo, amplificando o alcance da resistência 
 
TRANSFERÊNCIA DE MATERIAL 
GENÉTICO 
•Transformação 
•Conjugação 
•Transdução 
Transformação 
• Algumas bactérias (competentes) são capazes de receber 
moléculas de DNA do meio 
 
• A proteína RecA liga-se ao DNA parental, em seguida ao 
doador, e faz a troca de genes ou regiões com alta 
similaridade 
 
• A transformação acontece naturalmente entre poucos 
gêneros: Bacillus, Hemophilus, Neisseria, Acinetobacter, e 
algumas linhagens de Streptococcus e Stafilococcus 
Conjugação 
• Mediada por um plasmídeo, ocorre a passagem de material 
genético através de estruturas como o Pilus sexual ou Pontes 
de conjugação 
 
• Fator F  fator de fertilidade. Bactérias que contemo 
plasmídeo são denominadas F+, e as que não possuem, F-. 
• Bactérias F- que recebem o plasmídeo por conjugação tornam-se 
F+ 
• Em algumas células, o plasmídeo integra-se, formando bactérias 
de alta frequencia recombinatoria – Hfr. 
• Uma bactéria Hfr tansfere uma cópia de todo o seu cromossomo 
para a bactéria receptora F-, mas esta continua sendo F-. 
 
 
Transdução 
• Promovida através de bacteriófagos 
 
• 2 ciclos diferentes 
• Lisogênico  O material genético viral incorpora-se ao material 
da bactéria 
 
• Lítico  o vírus replica-se na bactéria e lisa-a 
 
 
• A passagem de fragmentos depende do tamanho do genoma 
viral