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Material de apoio Genetica microbiana 2013 II

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1 
 
Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro 
Departamento de Microbiologia e Imunologia Veterinária 
IV 217 – Microbiologia Geral 
II/2013 
 
GENETICA MICROBIANA 
 
1. REVISAO DE CONCEITOS BÁSICOS: ESTRUTURA BÁSICA, METABOLISMO DOS 
ÁCIDOS NUCLÉICOS E DOGMA CENTRAL DA BIOLOGIA 
a) Estrutura dos ácidos nucléicos 
Ácidos nucléicos são polímeros lineares de nucleotídeos, unidos por ligações fosfodiéster. Existem 
dois tipos de ácidos nucléicos: ácido desoxirribonucléico (DNA) e ácido ribonucléico (RNA). 
Toda informação necessária a vida esta armazenada no material genético de um organismo, o DNA, 
ou, para muitos vírus, o RNA. 
As moléculas de DNA têm estrutura em forma de dupla hélice. Cada fita é formada por uma 
seqüência de deoxirribonucleotídeos. Cada deoxirribonucleotídeo é composto de uma base nitrogenada 
ligada a uma molécula de açúcar (desoxirribose) e um grupo fosfato (Figura 1). As bases nitrogenadas 
ligadas à desoxirribose são quatro: adenina (A), citosina (C), guanina (G) e timina (T) (Figura 2). Uma 
ligação fosfodiéster unindo o grupo fosfato de um deoxirribonucleotídeo e o açúcar desoxirribose de outro 
deoxirribonucleotídeo forma o esqueleto de uma das fitas (Figura 3A). A outra fita é formada da mesma 
maneira, mas com orientação da ligação fosfodiéster contrária, o que impõe a característica de 
antiparalelismo entre as duas fitas. 
Além de antiparaleas, as duas fitas de DNA são ditas complementares, ou seja, se existir uma 
adenina em uma fita, encontraremos um timina na mesma posição na outra fita. Se houve uma guanina, na 
outra fita haverá uma citosina. São estes os dois únicos tipos de complementação de bases nitrogenadas 
possíveis no DNA. Como conseqüência o número de adeninas será igual ao número de timinas num 
organismo. Entre as bases nitrogenadas existem pontes de hidrogênio, duas entre A e T e três entre C e G. 
Tais pontes juntamente com outras forças, mantêm as duas fitas unidas (Figura 3B). 
 
 
Figura 1. Composição básica de um desoxirribonucleotídeo. 
2 
 
 
 
 
Figura 2. Bases nitrogenadas presentes na molécula de DNA. 
 
 
 
 
Figura 3. Representação planar do DNA (fita simples) - Ligações fosfodiéster entre os 
desoxirribonucleotídeos adjacentes. (B) Forma planar das duas fitas de DNA, mostrando as pontes de 
hidrogênio. (=) Representa duas pontes de hidrogênio, (≡) Representa três pontes de hidrogênio. 
 
 
b) O Dogma Central da Biologia Molecular 
O dogma central define o paradigma da biologia molecular, em que a informação é perpetuada 
através da replicação do DNA e é traduzida através de dois processos: A transcrição que converte a 
informação do DNA em uma forma mais acessível (uma fita de RNA complementar) e através da tradução 
que converte a informação contida no RNA em proteínas. 
3 
 
- Perpetuação da informação genética (replicação) 
A replicação é o processo pelo qual uma molécula de DNA se duplica dando origem a duas 
moléculas idênticas a molécula inicial e envolve um conjunto de proteínas. 
A replicação é dita semiconservativa porque a replicação da molécula de DNA resulta em duas 
moléculas na geração seguinte composta cada uma de uma fita recém- sintetizada e uma fita velha que serviu 
como molde. 
A replicação do DNA é bidirecional, pois a partir da origem, a replicação prossegue ao longo da fita 
de DNA, em ambas as direções (duas forquilhas de replicação deixam a origem em direções opostas), 
seqüencialmente até o término. O primeiro passo para a replicação do DNA é a abertura das fitas, feita pela 
enzima helicase. Para manter as fitas desenroladas proteínas chamadas SSB (Single Strand Binding Protein) 
se ligam nas fitas recém-desenroladas evitando que se associem de novo. Com o desenrolamento das fitas em 
um ponto, as regiões adjacentes sofrem um “superenrolamento”, o que dificultaria a continuação do 
processo. As topoisomerases resolvem esse problema fazendo cortes em uma das fitas de DNA, que se 
desenrola, e religando-as, diminuindo a tensão provocada por esse “superenrolamento”. A síntese de novas 
fitas é feita pela enzima DNA-polimerase, sendo que esta enzima não pode sintetizar outra fita a partir de 
nucleotídeos livres. Dessa forma, a DNA polimerase necessita de um “Primer”, que é um fragmento de RNA 
sintetizado por uma RNA polimerase chamada Primase. 
Em bactérias existem três tipos de polimerases: 
A DNA polimerase I, possui baixa capacidade de polimerização 5’→3’ e é a única que possui 
atividade exonucleásica 5’→3’em DNA dupla fita. 
A DNA polimerase II, possui uma capacidade de polimerização baixíssima e o seu papel na célula 
ainda não foi muito bem elucidado. 
A DNA polimerase III, é a principal responsável pela síntese das fitas de DNA devido a sua alta 
capacidade de polimerização. 
Após a síntese do primer de RNA, a DNA polimerase III começa a polimerização no sentido 5’→3’. 
Além da polimerização, a DNA-polimertase III possui atividade exonucleásica 3’→5’. Essa atividade 
permite que logo após serem adicionados, os nucleotídeos sejam retirados e é conferido se o seu pareamento 
está correto (A com T e C com G). O processo de replicação é dito semidescontínuo uma vez que as fitas de 
DNA são antiparalelas e o processo de replicação só ocorre no sentido 5’→3’. Assim, tendo em vista, apenas 
uma das fitas de DNA em replicação, a partir da origem (ori), em um lado da fita a replicação ocorrerá de 
forma contínua, enquanto que no outro lado a replicação ocorrerá de forma descontinua, sendo necessário 
para isto necessário vários pequenos iniciadores, de onde serão formados pequenos fragmentos de tamanhos 
diferentes conhecidos como fragmentos de Okazaki. 
Logo após a síntese das fitas pela DNA-polimerase III, a DNApolimerase I inicia a retirada dos 
primers de RNA (atividade exonucleásica 5’→3’) e os substitui por nucleotídeos de DNA 
(desoxinucleotídeos). Após a substituição do primer, o primeiro nucleotídeo do fragmento de Okazaki não 
está ligado ao último nucleotídeo do fragmento anterior, então uma enzima chamada ligase catalisa essa 
4 
 
ligação. Dessa forma, as duas fitas de DNA já estão terminadas e naturalmente se enrolam formando a dupla 
hélice. A replicação em eucariotos segue o mesmo padrão, a maior das diferenças está nas polimerases que 
são cinco (α, δ, ε, β e γ) sendo uma exclusivamente mitocondrial (γ) e as outras quatro nucleares. As 
polimerases α, δ e ε se correlacionam funcionalmente com as polimerases I, III e II de procariotos 
respectivamente. 
 
- Decodificando o DNA (Trancrição e Tradução): 
A trancrição é o processo de formação de uma fita de RNA complementar a uma região do DNA. Os 
RNAs formados durante a transcrição podem ser de três tipos: o mRNA (mensageiro) que é aquele RNA que 
contém a seqüência que codifica uma proteína; o tRNA (transportador) que carreia os aminoácidos até os 
ribossomos e possibilita a leitura da informação contida no mRNA durante a tradução e o rRNA 
(ribossômico) que faz parte da estrutura dos ribossomos. 
A enzima responsável pela transcrição é a RNA polimerase, que nos procariotos é única, enquanto 
nos eucariotos elas são três (RNA pol I, II e III). 
Para iniciar a trancrição, a RNA polimerase deve reconhecer um local específico onde começará a 
síntese. Esse local chama-se promotor. O reconhecimento da RNA polimerase aos promotores se dá graças 
ao fator sigma, que liga-se à RNA polimerase fazendo com que estas tenham maior afinidade com as 
seqüências promotoras. 
A RNA polimerase liga-se ao promotor e inicia a síntese da fita de RNA complementar a fita molde 
até parar em uma região chamada terminador, que também é uma seqüência de consenso. Em procariotos, 
que não possuem envoltório nuclear,a transcrição ocorre no mesmo lugar onde ocorre a tradução, dessa 
forma, tão logo o RNA comece a ser formado, a tradução já se inicia. Por esse motivo diz-se que a 
transcrição e a tradução nos procariotos é acoplada. Nos eucariotos a transcrição ocorre no núcleo e a 
tradução ocorre no citoplasma. O RNA recém sintetizado nos eucariotos ainda precisa passar por uma etapa 
de processamento (retirada dos íntrons, adição de uma cauda de poli Adenina, adição de 7-Metil Guanosina 
na primeira base do RNA e outras) antes de ser direcionada ao citoplasma onde será traduzido. 
A tradução converte a informação na forma de trincas de nucleotídeos em aminoácidos, que darão 
origem a uma proteína. A transcrição ocorre em uma estrutura citoplasmática chamada ribossomo, formada 
por várias proteínas e rRNA. O ribossomo é dividido em duas subunidades, uma subunidade menor (30S em 
bactérias e 40S em eucariotos) e uma subunidade maior (50S em bactérias e 60S em eucariotos). 
Considerando o modelo bacteriano, o início da tradução se dá quando a subunidade 30S liga-se ao 
códon de iniciação AUG (com raras exceções, a tradução sempre começa no códon AUG, correspondente a 
uma metionina) e logo em seguida o met-tRNA e a subunidade 50S ligam-se ao complexo 30S-mRNA, tudo 
isso com o auxílio de fatores de iniciação (IFs). O ribossomo reconhece a trinca correta da metionina, a 
iniciadora, através do pareamento de uma seqüência do rRNA 16S da subunidade menor com uma seqüência 
no mRNA que fica próxima ao início da tradução chamada seqüência de Shine-Delgarno. 
5 
 
O ribossomo possui dois sítios de entrada da tRNA, o sítio P (peptídeo) e o sítio A (aminoácido). O 
primeiro tRNA entra no sítio P e o segundo entra no A, algumas enzimas da subunidade 50S do ribossomo 
fazem a ligação do primeiro aminoácido com o segundo, promovendo a ligação peptídica, dessa forma, no 
sítio A ficará o segundo tRNA com um dipeptídeo. Através de um processo chamado translocação o 
ribossomo se desloca um códon a frente de forma que o dipeptídeo-tRNA fica na sítio P. A partir daí, esse 
processo se repete, formando um tripeptídeo no sítio A que é translocado para o sítio P formando assim 
sucessivamente a proteína. A tradução termina quando o ribossomo encontra um códon de terminação, que 
não codifica nenhum aminoácido, são eles: UGA, UAG e UAA. A estes códons se liga um fator para 
terminação da síntese (RF- Releasing Factor). Após a tradução as proteínas ainda têm que passar por 
algumas modificações para que possam exercer adequadamente suas funções. 
 
2. COMPARAÇÃO DE GENOMAS E GENES DE ORGANISMOS PROCARIOTOS E 
EUCARIOTOS 
a) Características dos genomas de organismos procarióticos 
Organismos procarióticos possuem um único cromossomo na forma de uma molécula fita dupla 
circular de DNA. Como são capazes de se autoduplicar, pois possui sua própria origem de replicação, o 
cromossomo bacteriano é considerado um replicon. O cromossomo de Escherichia coli possui 4,6 x 106 pb, o 
de Mycoplasma pneumoniae possui, aproximadamente, 0,79 x 106 pb, enquanto Myxococcus xanthus possui 
um cromossomo de cerca de 9,5 x 106 pb. 
O cromossomo bacteriano possui um alto nível de empacotamento (se o DNA de um nucleóide de E. 
coli pudesse ser esticado teria cerca de 1000 vezes o seu tamanho) formando a estrutura denominada 
nucleóide que ocupa cerca de um terço do volume celular total. O nucleóide é funcionalmente relacionado ao 
núcleo eucariótico não possuindo, entretanto, uma membrana nuclear. 
Algumas bactérias apresentam além do DNA cromossômico, o DNA plasmidial. Plasmídeos são 
moléculas de DNA circular, fita dupla, extracromossômico, de replicação independente e não essencial para 
a sobrevivência da célula sob condições não restritivas. 
 
b) Características dos genomas de organismos eucarióticos 
As células eucarióticas são mais complexas que as procarióticas. Possuem membrana nuclear 
individualizada e vários tipos de organelas. 
Os eucariontes possuem múltiplos cromossomos lineares envolvidos por uma membrana nuclear. 
Cada cromossomo tem um centrômero e, durante a divisão celular, apresenta dois braços (que representam, 
inicialmente, cópias idênticas) saindo do centrômero, os cromatídeos ou cromátides-irmãs. As extremidades 
dos cromossomos possuem estruturas especiais chamadas telômeros que possuem a função de manter a 
instabilidade estrutural dos cromossomos, iniciar o pareamento dos cromossomos homólogos e ancorar o 
cromossomo ao envoltório nuclear. 
6 
 
Nos cromossomos dos eucariotos, o DNA encontra-se numa forma ordenada dentro do núcleo 
celular, agregado a proteínas estruturais, as histonas, e toma a designação de cromatina. Os procariotos não 
possuem histonas nem núcleo. 
Genomas eucarióticos possuem uma quantidade de DNA consideravelmente maior que genomas 
procarióticos. Mesmo as células eucarióticas mais simples, como as de alguns fungos, chegam a ter um 
conteúdo de DNA dez vezes maior que o de uma célula de E. coli (Figura 4). 
O fungo unicelular Saccharomyces cerevisae apresenta 12 cromossomos e um genoma de 
aproximadamente 1,2 x 107 pb, enquanto que o homem (Homo sapiens) apresenta 46 cromossomo e, em 
torno de 3,2 x 109 pb. Já o milho (Zea mays) apresenta 30 cromossomos e tem em torno 2,3 x 109 pb. 
 
 
 
 
Figura 4. Tamanhos de genomas em diferentes grupos taxonômicos. 
 
 
7 
 
c) Paradoxo do valor C 
Um aspecto evidente em qualquer análise mais abrangente sobre a variação de tamanho entre 
genomas eucarióticos é o denominado paradoxo do valor C. Valor C refere-se ao conteúdo de DNA do 
genoma haploide. O paradoxo do valor C pode ser observado em muitos grupos taxonômicos e descreve uma 
frequente falta de correlação entre a complexidade biológica dos organismos e os tamanhos dos respectivos 
genomas. Organismos pertencentes a uma mesma classe, por exemplo, a dos anfíbios podem ter variações de 
mais de 120 vezes no tamanho dos seus genomas, ao passo que grupos com graus de complexidade 
anatômica, fisiológica e comportamental muito distintas, como nematóides, insetos e mamíferos, podem ter 
espécies com genomas de tamanhos similares. 
O paradoxo do valor C resulta, em essência, da presença, nos genomas de algumas espécies 
eucarióticas, de uma grande quantidade de sequencias não associadas a genes, isso faz com que o tamanho 
do genoma não reflita diretamente o número de genes nele presente. Essas sequências intergênicas, com 
representatividade variada nos genomas de diferentes espécies, são constituídas em grande parte por 
elementos transponíveis e outras classes de DNA repetitivo. 
Um reflexo do paradoxo do valor C que deve ser considerado é o fato de não haver relação entre 
quantidade de DNA e número de genes presentes nesse organismo. 
 
d) Características da estrutura dos genes procarióticos e peculiaridades da sua transcrição e tradução 
 Simplificadamente, um gene, seja ele de procarioto ou eucarioto, pode ser definido, do ponto de 
vista molecular, como um segmento de DNA que contém a informação necessária para codificar uma 
proteína ou um produto de RNA (tRNA ou rRNA). Em sua estrutura básica, cada gene é constituído por uma 
região codificadora, que é a sequencia nucleotídica que codifica o seu produto (de RNA ou proteína) e pelas 
sequencias reguladoras, que controlam a sua expressão. 
Em um gene procariótico típico, as sequencias reguladoras que controlam a sua transcrição 
encontram-se em posições adjacentes a região codificadora. As principais sequências reguladoras da 
transcrição são o promotor, que é uma sequencia de DNA específica reconhecida pela RNA polimerase, o 
operador, que é uma sequencia de DNA específica reconhecida pelas proteínas repressoras, e o terminador, 
quedetermina a dissociação da RNA polimerase da fita molde e o final do processo de transcrição (Figura 
5). 
Muitos genes em procariotos estão organizados em operons. Operon é uma organização estrutural 
típica de genomas procarióticos, na qual duas ou mais sequencias codificadoras de produtos gênicos estão 
sob o controle transcricional de um mesmo conjunto de sequencias reguladoras. Em um operon, as 
sequencias codificadoras são transcritas em um único RNA, chamado de mRNA policistrônico. 
A cotranscrição de mais de uma região codificadora, a partir de um mesmo conjunto de sequências 
reguladoras, representa uma otimização da maquinaria reguladora da célula, que assegura a expressão 
coordenada (ao mesmo tempo e nos mesmos níveis) dos produtos gênicos de cada operon. Além disso, a 
8 
 
organização em operons proporciona uma economia de espaço no DNA, o que é relevante para os genomas 
relativamente pequenos e compactados de procariotos. 
Uma peculiaridade da transcrição e tradução em procariotos é que nestes organismos o processo de 
tradução de um mRNA inicia-se antes que a transcrição do mesmo tenha se encerrado (a transcrição e a 
tradução ocorrem concomitantemente). 
 
 
 
Figura 5. Representação esquemática de um operon procariótico hipotético. 
 
 
e) Características da estrutura dos genes eucarióticos e peculiaridades da sua transcrição e tradução 
Em eucariotos, as sequencias reguladoras ou codificadoras de genes, em geral, possuem estruturas 
mais complexas que as de genes procarióticos, sendo que essa maior complexidade determina refinamentos 
funcionais que explicam, pelo menos em parte, o maior grau de sofisticação de células e organismos 
eucarióticos. 
Genes eucarióticos típicos possuem a região reguladora incluindo o promotor (sítio de ligação da 
RNA polimerase) e é, em geral, bem mais extensa e contém um número de elementos reguladores 
(sequencias nucleotídicas reconhecidas por proteínas reguladoras específicas) muito maior do que o 
observado em genes procarióticos. Outra característica marcante, embora não exclusiva, de genes 
eucarióticos é a presença de sequencias intervenientes. Essas sequências, denominadas íntrons, interrompem 
a região transcrita do gene e a dividem em vários segmentos, denominados éxons (Figura 6). As sequencias 
correspondentes aos íntrons estão presentes no DNA genômico, são transcritas em um RNA precursor (pré-
RNA), porém removidas durante o processamento do RNA, que dá origem ao RNA maduro. Em genes 
9 
 
codificadores de proteínas, os íntrons em geral interrompem a região codificadora. Além disso, também 
podem ocorrer íntrons que interrompem regiões flanqueadoras (5’-UTR e 3’-UTR), que são transcritas, mas 
não traduzidas (UTR – untraslated region = região não traduzida). 
Os processos de transcrição e tradução dos procariotos e eucariotos apresentam diferenças entre si. 
Nos eucariotos, a tradução é iniciada somente após a finalização da transcrição, e, somente após o 
processamento, o mRNA sai do núcleo para o citoplasma onde é realizada a tradução. 
 
 
Figura 6. Representação esquemática de um gene eucariótico hipotético. 
 
3. CONTROLE DO METABOLISMO MICROBIANO 
As bactérias usam a maior parte de sua energia para sintetizar substâncias necessárias ao 
crescimento. Estas substâncias incluem as proteínas estruturais, que formam as regiões celulares, e as 
enzimas, que controlam tanto a produção de energia quanto de síntese. 
Durante a evolução, todos os organismos, tanto Procariotos quanto Eucariotos, desenvolveram 
mecanismos para realizar ou não as reações de acordo com as suas necessidades. A energia e as substâncias 
são muito preciosas para serem desperdiçadas. Também, a célula possui uma quantidade limitada de espaço 
10 
 
para a estocagem de substâncias nas quantidades necessárias e paralisam o processo antes que os excessos 
desnecessários sejam produzidos. 
Os mecanismos que controlam o metabolismo tanto regulam a atividade quanto a síntese enzimática, 
ligando ou desligando ou desligando os genes que codificam enzimas específicas. O controle da expressão 
enzimática pode se ocorrer em diferentes níveis: transcricional, traducional e pós-traducionais. O controle da 
expressão da maioria dos genes regulados, em bactérias, é feito em nível de transcrição por proteínas 
especiais denominadas de proteínas regulatórias. 
A taxa em que cada etapa da síntese de proteínas ocorre depende, parcialmente, do controle genético 
interno e, parcialmente, do ambiente químico externo. As proteínas podem ser divididas em duas grandes 
classes quanto a sua forma de expressão: as enzimas constitutivas: são sintetizadas continuamente, e não são 
influenciadas por mudanças ambientais. Os genes que produzem estas enzimas estão sempre ativos, não são 
regulados e são chamados genes constitutivos. Já as enzimas induzidas são aquelas cuja expressão varia de 
acordo com as condições da célula. Nesse caso, os genes que codificam essas enzimas são chamados genes 
regulados, e incluem todos aqueles que são sensíveis a mudanças ambientais. 
Muitas vezes, genes estruturais bacterianos estão organizados em agrupamentos que incluem genes 
codificadores de proteínas cujas funções estão relacionadas. É comum encontrar genes que codificam 
enzimas de uma mesma rota metabólica organizados neste tipo de agrupamento. Cada um desses grupos de 
genes estruturais contíguos representa, funcionalmente, uma única unidade genética que é controlada a partir 
de uma seqüência regulatória comum. Esse conjunto (genes estruturais + seqüência regulatória) recebe o 
nome de operon. Dessa forma, operon é composto por uma região promotora na qual ocorre a ligação da 
RNA polimerase, um operador (região do DNA onde haverá a ligação de proteínas regulatórias), uma região 
de genes estruturais que originarão as cadeias polipeptídicas relacionadas com um evento em comum e uma 
região terminadora. O número de genes estruturais presente varia de operon para operon, assim como 
também é variável o número de nucleotídeos que separa uma região codificante de outra. Os genes de um 
operon são transcritos num único mRNA, que é, por isso, chamado de policistrônico. 
Com este modelo coordenado de transcrição, pode ocorrer a transcrição de todos os genes de um 
processo metabólico ou não ocorrer a transcrição de nenhum deles. Assim, isso assegura que se uma enzima 
da via está presente, as outras também estarão. Apesar das sequências que codificam as cadeias 
polipeptídicas estarem juntas, cada sequência é traduzida de forma independente. Cada uma possui seu 
próprio sítio de ligação do ribossomo, seu códon de iniciação e terminação, podendo até ocorrer uma 
diferente taxa de tradução para cada sequência, levando a diferentes níveis de expressão de diferentes genes 
de uma mesma rota metabólica. 
 
 
 
 
 
11 
 
a) Exemplos de controle da transcrição em procariotos 
- Operon lactose (lac) 
A fonte de carbono e energia, utilizados pelas bactérias para seu crescimento é proveniente de 
açúcares que são catabolizados pela via glicolítica. Escherichia coli normalmente utiliza glicose, mas pode, 
também utilizar outros açúcares como a lactose. Quando a fonte de nutriente é lactose, a célula precisa 
desdobrar esse dissacarídeo em glicose (assimilável) e galactose, sendo que essa hidrólise é feita pela enzima 
β-galactosidase. 
O operon lac, que é necessário para o metabolismo da lactose apresenta os genes estruturais Z, Y e 
A, que codificam, respectivamente, as enzimas: β-galactose, que cliva a molécula de lactose gerando glicose 
e galactose; galactose permease, que transporta a lactose para dentro da célula; e a transacetilase, cujo papel 
in vivo ainda é incerto. Logo apósa região promotora (seqüência de DNA onde a RNA polimerase se liga) 
encontra-se uma região de 25 a 30 nucleotídeos que é chamada de operador. É nesta região que a proteína 
repressora (LacI) se liga para impedir que ocorra a transcrição dos genes estruturais. O repressor LacI, que é 
codificado pelo gene lacI, se encontra numa região adjacente ao operon lac, mas ocorre como uma unidade 
transcricional independente do operon lac, possuindo promotor e terminador próprios (Figura 7). 
Na ausência do substrato lactose, os genes do operon lac são reprimidos pela ligação do repressor 
LacI na região operadora deste operon. Entretanto, quando a lactose está presente no meio, o operon lac é 
ativado, uma vez que a molécula indutora (lactose) se liga a um sítio específico da molécula repressora, 
causando uma mudança conformacional, resultando na sua dissociação do operador. Após a dissociação do 
repressor, os genes do operon lac são expressos e a concentração da β-galactosidase aumenta mais de 1000 
vezes. 
 
 
 
Figura 7. Representação esquemática do modelo de regulação do operon lactose. 
 
12 
 
 
- Operon triptofano (trp) 
O operon trp codifica cinco enzimas que são necessárias para a biossíntese do aminoácido triptofano. 
Normalmente E. coli não necessita sintetizar seus próprios aminoácidos, obtendo-os através da degradação 
de proteínas exógenas, utilizadas para sua nutrição. Provavelmente por essa razão, esse organismo 
desenvolveu mecanismos para reprimir a expressão de genes necessários para a biossíntese de aminoácidos, 
sendo que esses genes só são transcritos quando há quantidades limitantes desses produtos. Os genes estão 
arranjados em um grupamento no cromossomo e são transcritos a partir de um único promotor, como uma 
longa molécula de mRNA. 
O promotor e o operador do operon trp estão arranjados de tal maneira que a ocupação do operador 
pelo repressor do trp bloqueia o acesso da RNA polimerase ao promotor, impedindo, portanto, a expressão 
das enzimas do operon trp. O gene que codifica esse repressor (trpR), localiza-se distante desse operon trp. 
Normalmente, na ausência do triptofano no meio, o operon trp está desligado. Isso ocorre porque a 
proteína repressora trpR não tem afinidade pela região operadora deste operon. Para se ligar a região 
operadora, o repressor Trp necessita associar-se a um co-repressor, que é o próprio triptofano. A ligação do 
triptofano altera a conformação do repressor de forma que ele consegue se ligar a região operadora do 
operon. Assim, na presença de triptofano, esse se liga ao repressor e o complexo triptofano/repressor liga-se 
à região operadora, impedindo a transcrição. Sem o triptofano, o repressor do triptofano é incapaz de se ligar 
ao operador, e a transcrição ocorre normalmente (Figura 8). Assim, a repressão da transcrição do triptofano é 
um mecanismo simples, que ativa e desativa a produção das enzimas da via biossintética do triprofano de 
acordo com a disponibilidade de triptofano no meio. 
 
 
13 
 
 
 
 
Figura 8. Representação esquemática do modelo de regulação do operon triptofano. 
 
 
 
 
4. IMPORTÂNCIA DA VARIABILIDADE GENÉTICA NO PROCESSO DE EVOLUÇÃO DOS 
MICRORGANISMOS 
Alterações genotípicas são importantes para gerar variabilidade e contribuir, assim, para o processo 
de evolução dos microrganismos. As variantes com características que melhor se adaptam à nova situação 
são selecionadas e sobrevivem em detrimento das menos adaptadas. 
Em face 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, fornecendo-lhes 
assim a possibilidade de contornar situações que ponham em risco a sua sobrevivência. 
Os principais mecanismos de alteração genética em microrganismos são: 
(1) Mutação dos genes existentes (espontâneas ou induzidas por agentes mutagênicos); 
(2) Rearranjo dos genes existentes (Recombinação genética). 
 
 
 
 
14 
 
a) Mutação gênica 
As mutações gênicas originam-se de alterações na seqüência de bases nitrogenadas de um 
determinado gene, durante a duplicação da molécula de DNA. Essa alteração pode ser devida a perda, 
adição ou substituição nucleotídeos, originando um gene capaz de codificar outra proteína. 
As mutações gênicas são consideradas as fontes primárias da variabilidade, pois aumentam o número 
de alelos disponíveis em um locus, condição que incrementa o conjunto gênico da população. Embora 
ocorram espontaneamente, podem, no entanto, ser provocadas por agentes mutagênicos, como radiações e 
certas substâncias químicas, por exemplo. 
As mutações ocorrem ao acaso, de modo que não é possível prever o gene a ser mutado nem 
relacionar a existência de mutação com a adaptabilidade às condições ambientais. As mutações não 
ocorrem para adaptar o indivíduo ao ambiente; elas ocorrem ao acaso e, por seleção natural são mantidas 
quando são adaptativas (seleção positiva) ou eliminadas no caso contrário (seleção negativa). 
 
b) Recombinação genética 
Enquanto a mutação gênica é a fonte primária da variação genética, pois através dela é que são 
formados genes "novos", a recombinação é um mecanismo que reorganiza os genes já existentes nos 
cromossomos. 
A recombinação genética é o processo pelo qual os elementos genéticos contidos em dois genomas 
distintos são reunidos em uma unidade. Por meio desse mecanismo, novas combinações de genes podem 
surgir, mesmo não ocorrendo mutações. 
O mecanismo primário de recombinação genética é a reprodução sexuada, que se realiza em duas 
fases consecutivas: gametogênese (formação de gametas); fecundação (união do gameta masculino com 
feminino). 
Durante a gametogênese , a célula germinativa diplóide sofre meiose, produzindo quatro gametas - 
células haplóides que contêm um cromossomo de cada par de homólogos. Os cromossomos segregam-se 
independentemente, o que possibilita grande número de combinações entre os cromossomos , dando 
origem a várias tipos de gametas. O número de tipos diferentes de gametas produzidos por um indivíduo 
diplóide é dado por 2n, onde n = lote haplóide de cromossomos. 
Durante a reprodução sexuada ocorre o evento de crossing-over, e é nessa etapa que ocorrerá a 
recombinação entre seqüências homólogas, que aumenta a variabilidade genotípica uma vez que estabelece 
novas combinações entre os genes e aumenta o número de tipos diferentes de gametas. 
Os gametas podem ser formados por fecundação cruzada: união entre gametas de indivíduos 
diferentes, mas da mesma espécie e autofecundação: união entre gametas masculinos e femininos 
produzidos pelo mesmo indivíduo. 
Populações de indivíduos que apresentam fecundação cruzada têm maiores possibilidades de 
aumentar a variabilidade genética sem adição de genes novos (por mutação, por exemplo) do que 
populações de indivíduos com autofecundação. 
15 
 
A variabilidade genética é importante pra a sobrevivência da espécie. Nesse sentido, até 
bissexuados desenvolveram, ao longo de sua evolução, vários mecanismos que dificultam a 
autofecundação e favoreça a fecundação cruzada, possibilitando desse modo, aumento na variabilidade. 
Através da recombinação genética uma população pode aumentar sua variabilidade genética sem adição de 
genes novos, produzindo por mutação ou por imigração de indivíduos de outras populações. 
Os procariotos, contrariamente a maioria dos eucariotos, não apresentam qualquer tipo de 
reprodução sexuada. Entretanto, possuem mecanismos de troca genética que, embora consideravelmente 
diferentes daqueles envolvidos na reprodução sexuada de eucariotos, permitemtanto a transferência de genes 
quanto sua recombinação. Os mecanismos de transferência genética já descritos em bactérias são 
transformação, conjugação e transdução. 
 
- Transformação 
Transformação genética é um processo pelo qual o DNA na forma livre é incorporado por uma 
célula receptora, que pode passar a apresentar alterações genéticas. 
Foi demonstrado que vários procariotos são naturamente transformáveis, incluindo espécies tanto 
gram-positivas quanto gram-negativas de Bacteria e algumas espécies de Archaea. Entretanto, mesmo nos 
gêneros transformáveis, apenas algumas linhagens ou espécies são, de fato, transformáveis. Uma vez que o 
DNA de procariotos apresenta-se nas células como uma única grande molécula, quando a célula sofre lise 
branda, o DNA é extravasado. Em virtude de seu enorme comprimento (1700 µm, em Bacillus subtilis), a 
molécula de DNA é facilmente rompida. Mesmo após uma extração cuidadosa, o cromossomo de B. subtilis, 
contendo 4,2 Mb, é convertido a fragmentos de aproximadamente 15 Kb. Como um gene corresponde, em 
média, a 1000 nucleotídeos, cada um dos fragmentos purificados desse DNA contém, aproximadamente, 15 
genes. Uma única célula normalmente incorpora apenas um ou poucos fragmentos de DNA, de maneira que 
apenas uma pequena proporção dos genes de uma célula é transferida a outra, em um único evento de 
transformação. 
Quando uma célula é capaz de captar uma molécula de DNA e ser transformada, está é referida 
como competente. Apenas certas linhagens são competentes; ao que parece, essa capacidade é determinada 
geneticamente. A competência é regulada na maioria das bactérias naturalmente transformáveis, sendo que 
proteínas especiais desempenham papéis na capitação e no processamento do DNA. Essas proteínas 
específicas de competência podem incluir uma proteína de ligação ao DNA, associada à membrana (uma 
autolisina de parede celular), além de várias nucleases. Em Bacillus, cerca de 20% das células tornam-se 
competentes e permanecem nesse estado por várias horas. Entretanto, em Streptococcus, 100% das células 
tornam-se competentes, mas apenas por alguns poucos minutos, durante o ciclo celular. 
As bactérias exibem diferenças em relação a forma do DNA captado, embora, em ambos os casos, 
apenas moléculas de DNA de fita simples penetrem no citoplasma. Em Haemophilus, um organismo gram-
negativo, somente moléculas de DNA fita dupla são captados pela célula, embora apenas segmentos de fita 
simples sejam incorporados ao genoma, por meio da recombinação. Em bactérias gram-negativas, há 
16 
 
evidências indicando que o DNA de fita dupla é degradado a forma de fita simples no espaço periplasmático, 
sendo somente uma fita simples transportada ao citoplasma. Contrariamente, em espécies gram-positivas 
como Streptococcus e Bacillus, o DNA é captado na forma de fita simples, enquanto a fita complementar é 
simultaneamente degradada durante o processo. Entretanto, em ambos os casos, a molécula de DNA de fita 
dupla ligam-se as células. 
Durante a transformação, as células competentes ligam-se ao DNA de maneira reversível; essa 
ligação, em seguida, torna-se irreversível (Figura 9). Células competentes exibem a capacidade de se ligar a 
uma quantidade muito maior de DNA que as células não competentes – cerca de 1000 vezes mais. Os 
tamanhos dos fragmentos transformantes são muito inferiores ao tamanho do genoma como um todo, sendo 
esse DNA ainda degradado durante o processo de captação. Em Streptococcus pneumoniae, cada célula é 
capaz de se ligar a apenas cerca de 10 moléculas de DNA de fita dupla, com 15 a 20 Kb cada. No entanto, à 
medida que vão sendo captadas, essas moléculas são convertidas a fragmentos de fita simples, com 
aproximadamente 8 Kb. 
O DNA transformante liga-se a superfície da célula por meio de uma proteína de ligação ao DNA. 
Em seguida, ou fragmento de dupla fita é captado, ou uma nuclease passa a degradar uma das fitas, enquanto 
a fita restante é captada. Após a captação, o DNA associa-se a uma proteína específica de competência, que 
permanece ligada, provavelmente protegendo o DNA da degradação por um nuclease, até que este atinja o 
cromossomo, quando a proteína RecA passa a participar do processo (Figura 9). O DNA é então integrado ao 
genoma da célula receptora por meio de processos de recombinação. Durante a replicação desse DNA 
heteroduplex, são formadas uma molécula de DNA parental e uma molécula de DNA recombinante. Ao 
ocorrer a segregação, durante a divisão celular, a molécula de DNA recombinante estará presente na célula 
transformada, que passa a ser geneticamente alterada se compara a célula parental. Toda essa discussão é 
pertinente apenas para os casos que envolvem pequenos fragmentos de DNA linear. Muitas bactérias 
naturalmente transformáveis podem receber, com baixa eficiência, DNAs plasmidiais, que devem 
permanecer na forma circular e de fita dupla para sofrerem replicação. 
Apenas algumas bactérias realizam eventos de transformação natural com alta eficiência. Dentre 
estas temos os gêneros facilmente transformáveis: Acinetobacter, Azotobacter, Bacillus, Streptococcus, 
Haemophilus, Neisseria e Thermus. Muitos procariotos são pouco transformáveis, ou não transformáveis, em 
condições naturais. A determinação das condições para induzir a competência nessas bactérias envolve uma 
série de estudos empíricos, que requerem a introdução de variações no meio de cultura, temperatura e outros 
fatores. Entretanto, para que moléculas de DNA fossem transferidas para células, em experimentos de 
engenharia genética, foi necessário o desenvolvimento de técnicas que tornassem E. coli, um organismo 
gram-negativo, competente. Foi observado que, quando células de E. coli eram tratadas com altas 
concentrações de íons cálcio e posteriormente incubadas em baixas temperaturas, estas se tornavam 
transformáveis, embora com baixa eficiência. As células tratadas dessa maneira são capazes de captar DNA, 
na forma fita dupla, permitindo, assim, a introdução de plasmídeos nessas células, de modo relativamente 
eficiente. Embora o efeito exercido pelos íons cálcio nesse tipo de tratamento seja desconhecido, esse 
17 
 
procedimento também se mostra eficiente com bactérias gram-positivas. Entretanto, tal tipo de técnica de 
indução artificial da competência vem sendo substituída por uma nova metodologia, denominada 
eletroporação. 
A eletroporação é uma técnica em que as células são submetidas a um pulso elétrico, que promove a 
formação de pequenos poros em suas membranas. Quando moléculas de DNA encontram-se presentes no 
ambiente extracelular durante a aplicação do pulso, podem entrar nas células, através do poros formados. A 
eletroporação requer uma fonte elétrica sofisticada, uma vez que os pulsos devem ser cuidadosamente 
controlados, apresentando uma duração de milissegundos. Essa técnica vem sendo utilizada para a 
introdução de DNA em uma variedade de células procarióticas, tanto de Archaea quanto de Bacteria, assim 
como em células eucarióticas. Além disso, a eletroporação permite a transferência direta de plasmídeos de 
uma célula para outra, caso as estejam presentes durante o processo. Dessa maneira, a eletroporação permite 
tanto a entrada quanto a saída de pequenas moléculas de DNA. 
 
 
 
Figura 9. Representação esquemática do mecanismo de transformação de uma bactéria gram-positiva. 
 
18 
 
- Conjugação 
A conjugação bacteriana é um processo de transferência de genes que envolve o contato entre duas 
células. A conjugação é um processo codificado por plasmídeos. Um plasmídeo conjugativo utiliza esse 
mecanismo para transferir uma cópia de seu DNA a um novo hospedeiro. Entretanto, algumas vezes pode 
haver a mobilização de outroselementos genéticos durante a conjugação. Tais elementos genéticos podem 
corresponder a outros plasmídeos ou ao cromossomo da célula hospedeira. A conjugação foi descoberta 
devido ao fator F de Escherichia coli ser capaz de mobilizar o cromossomo da célula hospedeira. Embora o 
mecanismo de transferência conjugativa possa apresentar diferenças, dependendo do plasmídeo envolvido, a 
maioria dos plasmídeos de Bacteria gram-negativas parece empregar mecanismos similares ao descritos para 
o plasmídeo F. 
A conjugação envolve uma célula doadora, que contém um tipo particular de plasmídeo conjugativo, 
e uma célula receptora, que não possui tal elemento. No caso de E. coli, célula que possuem um plasmídeo F 
não integrado são denominadas F+ e células desprovidas de um plasmídeo F são denominadas F-, atuando 
como receptoras (Figura 10). Em virtude de a conjugação ter sido descoberta a partir da realização de 
cruzamentos genéticos, as células doadoras foram designadas machos, enquanto as receptoras, fêmeas. Os 
genes que controlam a conjugação estão contidos na região tra do plasmídeo F. Muitos genes da região tra 
estão envolvidos na formação do par de acasalamentos, enquanto a maioria dos demais genes participa da 
síntese de uma estrutura de superfície, denominada pilus sexual. Somente as células doadoras apresentam 
esses pili, o que explica porque os bacteriófagos de RNA que se aderem a essas estruturas são denominadas 
macho-específicos. Diferentes plasmídeos conjugativos podem apresentar regiões tra ligeiramente distintas, 
sendo os pili também diferentes. O plasmídeo F e outros plasmídeos relacionados codificam os pili F. 
Os pili permitem que ocorra pareamento específico entre uma célula doadora e uma receptora. Ao 
que parece, todos os eventos de conjugação em Bacteria gram-negativas requerem pareamento intercelular, 
realizado pelos pili. Essas estruturas estabelecem o contato específico por meio de um receptor localizado na 
célula receptora, seguido de sua retração, aproximando as duas células. O contato entre as células doadoras e 
receptoras é estabilizado, provavelmente em decorrência da fusão das membranas externas, permitindo que o 
DNA seja transferido da célula doadora para a receptora. 
Para que o DNA seja transferido, é necessário que este seja previamente sintetizado. Evidências 
sugerem que uma das fitas do DNA é derivada da célula doadora, enquanto a fita complementar é sintetizada 
pela célula receptora durante o processo de transferência. Alguns genes da região tra estão envolvidos na 
replicação e transferência de DNA. O conjunto de eventos é disparado pelo contato das duas células. Nesse 
momento, uma das fitas do DNA plasmidial circular parental é cortada, sendo então transferida. A enzima 
responsável pelo corte, TraI, necessária a iniciação do processo é codificada pelo operon tra do plasmídeo F. 
Essa proteína, que também exibe atividade de helicase, está envolvida no desenovelamento da fita a ser 
transferida. À medida que a transferência está sendo processada, a síntese de DNA pelo mecanismo de 
círculo rolante repõe a fita transferida, na célula doadora. Uma fita complementar de DNA é também 
sintetizada pela célula receptora. Assim, ao final do processo, tanto a célula doadora quanto a receptora 
19 
 
apresentarão um plasmídeo completo, ou seja, no processo de conjugação entre uma E. coli F+ (doadora) e 
uma F- (receptora), como resultado teremos duas bactérias F+. 
Geralmente, as células que contêm um plasmídeo conjugativo são fracas receptoras de plasmídeos 
iguais ou muito semelhantes. Tal fato ocorre porque a célula tem a capacidade de bloquear a entrada de um 
plasmídeo similiar e não por haver qualquer tipo de incompatibilidade na replicação. 
Dessa maneira, podemos concluir que a presença de um plasmídeo F pode promover três alterações 
distintas nas propriedades celulares: (1) capacidade de sintetizar o pilus F, (2) mobilização do DNA, que será 
transferido para outra célula, e (3) alteração dos receptores de superfície, de forma a tornar a célula incapaz 
de se comportar como receptora, em uma conjugação. 
O processo de transferência de DNA plasmidial é muito eficiente, e, em condições adequadas, 
virtualmente todas as células receptoras que entram em contato com as doadoras adquirem um plasmídeo. 
Quando os genes plasmidiais podem ser expressos na célula receptora, esta passa a ser uma célula doadora, 
podendo transferir seus plasmídeos a outras células receptoras. Dessa maneira os plasmídeos conjugativos 
têm a capacidade de se disseminar nas populações, comportando-se como um agente infeccioso. A natureza 
infecciosa desse fenômeno é de grande importância ecológica, uma vez que a introdução de um pequeno 
número de células portadoras de plasmídeos, contendo genes que conferem adaptação seletiva em uma 
população apropriada de células receptoras, converterá toda a população em células portadoras de plasmídeo, 
em um curto período de tempo. A ampla ocorrência do fenótipo de resistência as drogas, devido à presença 
dos plasmídeos conjugativos trouxe sérios problemas no tratamento de doenças infecciosas. Porém, os 
plasmídeos podem ser perdidos pelas células, por um processo de cura. Tal evento pode ocorrer 
espontaneamente em populações naturais, quando não existem pressões seletivas que propiciem a 
manutenção dos plasmídeos. Por exemplo, plasmídeos que conferem resistência aos antibióticos podem ser 
perdidos, sem afetar a viabilidade celular, se o ambiente onde as células se encontram for desprovido de 
antibióticos. 
Embora na discussão sobre a conjugação tenha se restringido quase exclusivamente as células de 
Escherichia coli, muitas outras Bacteria gram-negativas possuem plasmídeos conjugativos. De fato, 
plasmídeos conjugativos do grupo de incompatibilidade IncP podem ser mantidos em praticamente todas as 
espécies gram-negativas, havendo assim a possibilidade de transferência de DNA entre diferentes espécies e 
gêneros. Plasmídeos conjugativos são também encontrados em Bacteria gram-positivas (por exemplo, 
Streptococcus, Enterococcus e Staphylococcus). Via de regra, nas outras bactérias gram-negativas o 
mecanismo de conjugação é muito similar ao descrito para o plasmídeo F, enquanto em células gram-
positivas a conjugação pode ser bastante diferente. 
 
 
 
 
20 
 
 
 
Figura 10. Representação esquemática do mecanismo de conjugação. 
 
- Transdução 
Na transdução, o DNA é transferido de uma célula para outra por meio da ação de vírus. A 
transferência de genes de uma célula hospedeira para um vírus pode ocorrer de duas maneiras. Na primeira, 
transdução generalizada, o DNA da célula hospedeira é derivado de, virtualmente, qualquer região do 
genoma. Esse DNA substitui o genoma viral na partícula viral madura. A segunda maneira, transdução 
especializada, ocorre apenas quando há a participação de alguns vírus temperados; o DNA de uma região 
específica do cromossomo da célula hospedeira integra-se ao genoma viral – geralmente substituindo alguns 
dos genes virais. A partícula viral transdutora, tanto na transdução generalizada quanto especializada, em 
geral é defectiva como vírus, uma vez que genes bacterianos foram introduzidos, substituindo alguns dos 
genes virais necessários à partícula. 
Na transdução generalizada, se os genes da célula doadora não realizarem recombinação homóloga 
com o cromossomo da célula receptora, serão perdidos. Estes não têm a capacidade de se replicar de maneira 
independente e também não correspondem a uma porção do genoma viral. Na transdução especializada, 
21 
 
podem também haver um evento de recombinação homóloga. No entanto, pelo fato de o DNA da célula 
bacteriana doadora encontrar-se integrado ao genoma de um fagotemperado, dois possíveis desfechos 
podem ocorrer: (1) o DNA pode ser integrado ao cromossomo da célula hospedeira durante a lisogenização 
ou (2) o DNA pode ser replicado na célula receptora, como parte de uma infecção lítica. 
A transdução ocorre em uma variedade de procariotos incluindo algumas espécies de Bacteria: 
Desulfovibrio, Escherichia, Pseudomonas, Rhodococcus, Rhodobacter, Salmonella, Staphylococcus e 
Xanthobacter, assim como em Archaea: Methanothermobacter thermoautotrophicus. Nem todos os fagos 
têm capacidade de transduzir, assim como nem todas as bactérias sofrem tal processo. Em contrapartida, esse 
fenômeno é distribuído de maneira suficiente na natureza, provavelmente desempenhando um importante 
papel nos processos naturais de transferência de genes. 
 
- Transdução generalizada 
Na transdução generalizada, virtualmente qualquer segmento do genoma pode ser transferido de uma 
célula doadora para uma receptora. A transdução generalizada foi descoberta e extensivamente estudada na 
bactéria Salmonella entérica, com o fago P22; esta também foi analisada em Escherichia coli com o fago P1. 
Quando a população de bactérias sensíveis é infectada pelo fago, os eventos de um ciclo lítico podem ser 
iniciados. Durante a infecção lítica, as enzimas responsáveis pelo empacotamento do DNA viral no 
bacteriófago podem, acidentalmente, empacotar o DNA da célula hospedeira. A partícula resultante é 
denominada partícula transdutora. No momento em que a célula sofre lise, essas partículas são liberadas 
juntamente com as partículas virais normais, de maneira que o lisado celular corresponde a uma mistura de 
vírions normais e partículas transdutoras. Uma vez que as partículas transdutoras são incapazes de iniciar 
uma infecção viral normal (estas não apresentam DNA viral), estas são referidas como defectivas. Quando 
esse lisado é utilizado na infecção de uma população de células receptoras, a maioria das células é infectada 
pelos vírus normais (Figura 11). Entretanto, uma pequena parcela da população recebe as partículas 
transdutoras, que injetam o DNA recebido da bactéria hospedeira prévia. Embora esse DNA não seja capaz 
de se replicar, pode sofrer recombinação gênica com o DNA da nova célula hospedeira. Como apenas uma 
pequena fração das partículas do lisado é do tipo transdutora defectiva, cada uma contendo um pequeno 
fragmento de DNA da célula doadora, a probabilidade de uma partícula transdutora conter um gene em 
particular é muito baixa. 
Fagos formadores de partículas transdutoras podem ser tanto temperados quanto virulentos; é 
necessário que estes apresentem, como requisito principal, um mecanismo de empacotamento de DNA que 
permita o reconhecimento do DNA da célula hospedeira. Além disso, é também necessário que o 
empacotamento ocorra antes do genoma da célula hospedeira ser totalmente degradado. A detecção da 
transdução é mais garantida quando a multiplicidade de fagos em relação à célula hospedeira é baixa, pois 
oferece maiores chances dessa célula hospedeira ser infectada com apenas uma partícula viral. No caso de 
infecções múltiplas, a célula é normalmente morta pelos vírions normais, presentes no lisado. 
 
22 
 
 
 
Figura 11. Representação esquemática do mecanismo de transdução generalizada. 
 
 
- Transdução especializada 
A transdução generalizada permite a transferência de DNA de uma bactéria para outra, com baixa 
freqüência. Em contrapartida, a transdução especializada permite uma transferência extremamente eficiente, 
possibilitando também que uma pequena região do cromossomo bacteriano seja replicada, 
independentemente do restante da molécula. O exemplo que utilizaremos para discutir a transdução 
especializada corresponde ao primeiro exemplo descrito, envolvendo a transdução de genes de galactose pelo 
fago temperado lambda, que infecta as células de Escherichia coli. 
Quando uma célula se encontra em estado de lisogenia com o fago lambda, o genoma viral integra-se 
ao DNA da célula hospedeira, em um sítio específico. A região onde o fago lambda se integra situa-se 
imediatamente adjacente ao conjunto de genes da célula hospedeira que controlam as enzimas envolvidas na 
utilização de galactose. A partir de sua integração, a replicação do DNA viral passa a ser controlada pela 
célula hospedeira. Havendo a indução (por exemplo, pela radiação ultravioleta), o DNA viral se separa do 
DNA da célula hospedeira por um processo inverso a integração. De maneira geral, quando uma célula em 
estado de lisogenia é induzida, o DNA do fago lambda é excisado como uma unidade. Por outro lado, em 
determinadas condições raras, o genoma do fago é excisado de maneira incorreta. Alguns dos genes 
bacteriano adjacentes (por exemplo, o operon galactose) são excisados juntamente com o DNA fágico 
(Figura 12). Simultaneamente, alguns genes do vírus permanecem integrados ao genoma bacteriano. Um tipo 
de partícula viral alterada, lamda dgal ou λdgal (dgal significa “defectivo, galactose”), é defectiva, já que 
alguns dos genes do vírus foram perdidos e esse fago não é mais capaz de originar fagos maduros. Por outro 
lado, um fago auxiliador (em inglês, helper) pode prover as funções perdidas pelas partículas defectivas. 
Esse “auxiliador” é idêntico ao lambda original. Assim, o lisado de cultura obtido contém algumas partículas 
virais λdgal, misturadas a um grande número de vírions lambda normais. 
Quando uma cultura bacteriana galactose negativa é infectada em grande escala com esse tipo de 
lisado e os transdutores Gal+ são selecionados, muitas das células correspondem a lisógenos duplos, 
albergando tanto o fago lambda quanto o λdgal. Observe que, nesses casos, a bactéria se torna diplóide para a 
23 
 
região Gal. Tal fato terá significância na realização de testes de complementação em bactérias. Quando um 
duplo lisógeno desse tipo é induzido, é produzido um lisado com quantidades equivalentes de lambda e de 
λdgal. Esse lisado pode transduzir células com grande eficiência, embora apenas um grupo restrito de gene 
Gal. 
Para que um fago seja viável, há um limite máximo de DNA viral que pode ser substituído por DNA 
da célula hospedeira, pois é necessário haver uma quantidade suficiente de DNA do fago, garantindo assim a 
informação necessária a produção das proteínas do capsídeo e de proteínas necessárias a lise e a 
lisogenização. Entretanto, se um fago helper for utilizado juntamente com um fago defectivo em uma 
infecção mista, o fago defectivo necessitará de um número menor de informações para promover a 
transdução. Na presença de um fago helper, as seqüências absolutamente necessárias a produção de uma 
partícula transdutora correspondem a região att (do inglês, attachment, que significa ligação), ao sítio cos 
(corresponde as extremidades coesivas, importantes no empacotamento) e a origem de replicação do genoma 
de lambda. 
Uma importante distinção entre as transduções especializada e generalizada refere-se a como o lisado 
transdutor por ser originado. Na transdução especializada, o lisado deve ser formado pela indução de um 
lisógeno, enquanto na transdução generalizada o lisado pode ser originado pela indução ou infecção de uma 
célula pelo fago, seguida da replicação viral e da lise celular. 
A transdução especializada em Bacteria é similar a situação discutida em relação aos retrovírus, 
onde certos genes da célula hospedeira podem ser incorporados ao genoma retroviral, sendo então 
transmitidos (geralmente modificados) a novas células hospedeiras. Esses genes foram detectados em 
retrovírus pelo fato de serem oncogenes – genes envolvidos no desenvolvimento do câncer. 
 
24 
 
 
 
Figura 12. Representação esquemática do mecanismo de transdução especializada.

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