Genética Bacteriana- Microbiologia

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Fundamentos de 
GENÉTICA BACTERIANA 
Profa Francis Moreira Borges 
As bactérias possuem material genético, o qual é transmitido aos descendentes 
no momento da divisão celular. Este material genético não está contido dentro de 
um núcleo, portanto o genoma destes microrganismos está disperso no 
citoplasma. 
 
ORGANIZAÇÃO DO GENOMA BACTERIANO 
 
O genoma bacteriano está condensado e organizado em uma estrutura 
denominada NUCLEÓIDE. 
 
NUCLEÓIDE ou CROMOSSOMO BACTERIANO: constituído, geralmente, por uma 
única molécula de DNA fita dupla, circular, não delimitado por membrana nuclear, 
tamanho variando entre 500 a 10.000 kb e é capaz de auto-duplicação. Não contém 
introns e seus genes contém todas as informações necessárias à sobrevivência da 
célula. 
 
Possuem apenas uma cópia de seu cromossomo, sendo portanto haplóides. 
ORGANIZAÇÃO DO GENOMA BACTERIANO 
 DNA RNA PROTEÍNA 
Transcrição Tradução 
GENE: sequência de nucleotídeos do DNA que é expresso em um produto funcional, ou 
seja, molécula de RNA e proteína. 
GENOMA: seqüência completa de DNA; algumas não são convertidas em produtos 
funcionais 
• Sequências não-codificadoras: INTRONS (bactérias não possuem) 
• Sequências codificadoras: EXONS 
OPERON: grupos de um ou mais genes estruturais expressos a partir de um promotor 
específico. Operons com muitos genes estruturais são chamados policistrônicos. 
 
Promotores e operadores: sequências de nucleotídeos que controlam a expressão de 
um gene determinando as seqüências que serão transcritas no mRNA. 
cv 
cv 
• Transcrição de genes independentemente expressos – cada gene é precedido por um promotor (Pr). 
• A transcrição destes genes resulta na síntese de diferentes RNAs, um para cada gene – RNAs monocistrônicos 
• Transcrição de genes coordenadamente expressos – o conjunto de genes forma um operon e é precedido por um único promotor (Pr). 
 
• A transcrição destes genes resulta na síntese de um único RNA contendo a informação genética correspondente a todos os genes 
integrantes do operon – RNA policistrônicos 
Duplicação do DNA bacteriano 
O DNA cromosômico precisa duplicar-se antes do processo de divisão celular, 
para que todas as células da progênie bacteriana recebam uma cópia do 
cromossomo (transferência vertical de genes). 
 A duplicação do DNA cromossômico bacteriano é 
semi-conservativa, simétrica e bidirecional, a partir 
de uma origem única (oriC). 
 O processo requer enzimas, tais como as 
girases, helicases, primases, polimerases, ligases 
e topoisomerases. 
 A direção da síntese é sempre no sentido 5’ – 3’. 
 
 DNA DNA Células filhas 
Duplicação 
 
 
 
FLUXO DA INFORMAÇÃO GENÉTICA 
Estrutura dos ribossomos bacterianos: 
 
 
A unidade S expressa unidades Svedberg e 
representa uma medida da taxa de 
sedimentação das subunidades na 
ultracentrifugação, relacionada com a 
massa molecular e estrutura 
tridimensional. 
 
 
• RNAr eucariota: 80S (60S e 40S) 
Elementos genéticos extracromossomais 
Plasmídios: 
 
Segmentos de DNA fita dupla, 
circulares; tamanho varia entre 1500 a 
400.000 pb. 
 
Auto-duplicam independentemente do 
cromossomo. 
 
Carregam informação genética não 
essencial a célula, mas podem prover 
uma vantagem seletiva para as 
bactérias que os possuem. 
 
Ex.: genes de resistência múltipla a 
antibióticos; bacteriocinas; toxinas. 
Esquema de um plasmídio 
Elementos genéticos extracromossomais 
 
 
Transposons: também chamados genes saltadores ou sequências de inserção (IS), 
são elementos genéticos móveis que podem transferir DNA dentro de uma célula, de uma 
posição para outra no genoma ou entre diferentes moléculas de DNA (plasmídio-plasmídio 
ou plasmídeo-cromossomo). 
 
Possuem tamanho variando de 150 a 1500 pb, com repetições invertidas de 15 a 40 pb 
em suas extremidades e informação genética mínima necessária para sua própria 
transferência. 
Integrons 
 Um integron inclui: 
 Um gene codificador de uma integrase; 
 Um sítio adjacente de recombinação; 
 Uma região promotora, utilizada na expressão dos genes componentes do cassete; 
 Um ou mais cassetes de genes 
 
Segmentos de DNA fita dupla, geralmente menores que os transposons; 
não autoduplicam. Capturam genes de resistência a drogas do citoplasma. 
 
Ocorrem sobre transposons e podem ser transferidos ligados a eles, aos 
plasmídios e aos cromossomos. 
Variações Fenotípicas 
 
 Resultam das adaptações das bactérias ao ambiente. São reversíveis, sem 
comprometimento genético. 
 
Ex.: Serratia marcescens (37 ºC – sem pigmentação 25 ºC – vermelhas) 
 Bacillus sphaericus (2% peptona – células vegetativas 0,1% peptona – esporos) 
 Gram positivos (cultura nova – células azuis cultura velha – células vermelhas) 
 
Variações Genotípicas 
 
 Alterações na seqüência de nucleotídeos. São irreversíveis (através dos 
processos de mutação e recombinação). 
 
 
Variações fenotípicas X variações genotípicas 
Variabilidade Genética em Bactérias 
 
As bactérias podem apresentar variações que conduzem à formação de clones com 
propriedades distintas do clone “selvagem” original. A variação se dá através de mutação ou 
recombinação. 
MUTAÇÃO => alteração na sequência de bases nitrogenadas do DNA, geralmente resultante de deleção, inserção 
ou substituição de um ou mais nucleotídeos; esta alteração genética pode modificar o produto (proteína). 
 As mutações podem ser neutras, desvantajosas ou benéficas. 
RECOMBINAÇÃO => processo de variabilidade genética que envolve trasnferência de material genético entre duas 
células. 
MUTAÇÃO X RECOMBINAÇÃO 
Processo vertical 
Ocorre durante a replicação 
do cromossomo bacteriano 
Processo horizontal 
Ocorre durante os processos 
de conjugação, transformação 
ou transdução 
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Mutação por inserção 
 
 
 
 
 
 
 
Mutação por deleção 
 
 
 
 
 
 
 
Transposição 
Mutação puntiforme 
Principais tipos de mutação 
 
Embora as mutações sejam responsáveis pela expressão de várias novas características por 
uma célula, muitos fenótipos procarióticos são decorrentes da aquisição de novos fragmentos 
de DNA, por meio de processos de transferência horizontal de genes: 
 
 
 
 
 
 
MECANISMOS DE RECOMBINAÇÃO GENÉTICA BACTERIANA 
 Transformação 
 
 Conjugação 
 
 Transdução 
Transformação: incorporação de DNA livre, geralmente 
decorrente da lise celular 
 
Na natureza, o processo ocorre quando uma célula sofre lise, liberando seu DNA. Este, por ser 
de grande tamanho tende a sofrer fragmentação e outras células podem absorver alguns 
fragmentos. 
Para que o processo ocorra, é necessário que a célula encontre-se competente - apresentar 
sítios de superfície para a ligação do DNA da célula doadora - e apresentar a membrana em 
uma condição que permita a passagem deste DNA. 
Experimento de Griffith - Frederick Griffith, 1928 
Evidência da transformação bacteriana (pneumococos) 
As bactérias não-encapsuladas foram transformadas em encapsuladas. 
Experimentos subseqüentes comprovaram que o fator de transformação era DNA. 
Conjugação: processo de transferência de DNA de uma 
bactéria para outra, envolvendo o contato entre as duas 
células 
 
A conjugação está associada à presença de plasmídeosF. Estes plasmídeos contêm genes 
que permitem a transferência do DNA plasmidial de uma célula para outra ou, em outras 
palavras, a capacidade conjugativa. 
 
Quando a célula porta um plasmídeo de natureza F é denominada F+, doadora, 
enquanto células desprovidas de tais plasmídeos são denominadas F-, receptoras. 
A capacidade conjugativa está associada à presença de genes localizados 
em um operon denominado tra que conferem características envolvidas na 
conjugação como a síntese do pili F, responsável pelo reconhecimento, 
contato entre as células e a transferência do DNA plasmidial. 
Eventualmente, os plasmídeos podem ser integrados no cromossomo, sendo este processo 
mediado por pequenas seqüências de DNA denominadas IS (insertion sequences). 
 
• As células apresentando tais plasmídeos integrados são denominadas Hfr. 
 
• Quando integrados, esses plasmídeos podem mobilizar a transferência de genes 
cromossomais também. 
 
 
 
 A conjugação pode ser de dois tipos: entre células F+ e F-, resultando em duas 
células F+ e entre células Hfr e F-, resultando em uma célula Hfr e outra F-. 
 
 
Nos dois processos, acredita-se que o mecanismo provável de transferência do DNA seja 
pelo círculo rolante, onde apenas uma das fitas é transferida, sendo a fita complementar 
sintetizada pela célula receptora. 
Transdução: transferência de material genético mediada por 
vírus (bacteriófagos) 
 
Transdução generalizada: Este tipo de processo requer a ocorrência de um ciclo lítico, onde 
eventualmente pode haver o empacotamento de fragmentos de DNA da célula hospedeira, gerando 
partículas denominadas partículas transdutoras, que correspondem ao capsídeo viral contendo em seu 
interior DNA bacteriano. 
 
 Embora não possam ser descritas como vírus, as partículas transdutoras exibem a capacidade de 
adsorção à superfície de outras células bacterianas. 
 
 A freqüência com que um determinado gene é transferido é baixa, uma vez que cada partícula 
transdutora leva apenas um determinado fragmento de DNA. 
Transdução especializada: Evento raro, embora bastante eficiente. 
 
 A etapa inicial corresponde à infecção e lisogenização do fago, que ocorre em sítios específicos do 
genoma. 
 
 Pela ação de algum indutor (ex: UV) há a separação do fago do genoma (integração reversa), que 
normalmente ocorre perfeitamente. Entretanto, em alguns casos, essa separação é defeituosa, 
promovendo a remoção de genes bacterianos e deixando parte do genoma viral na célula. 
Transdução generalizada 
Transdução 
especializada 
 
 Conversão lisogênica 
 
- transferência de DNA de uma partícula viral para uma 
bactéria. A própria lisogenização torna a bactéria imune a 
outras infecções por este fago, mas além disso, outros 
fenótipos podem ser adquiridos. 
 
- a bactéria recebe um gene que codifica uma toxina, sendo 
este gene de origem viral. 
Ex: Corynebacterium diphtheriae