Recombinaçao Gênica

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RecombinaRecombinaçção Genão Genééticatica
BIOLOGIA MOLECULAR APLICADA À FARMÁCIA
LabMicroLabMicro
LaboratLaboratóório de Pesquisa em Microbiologia Aplicadario de Pesquisa em Microbiologia Aplicada
Profa. Nadia Accioly P. NogueiraProfa. Nadia Accioly P. Nogueira
UFC UFC -- FortalezaFortaleza
RecombinaRecombinaçção Genão Genééticatica
EstabilidadeEstabilidadeEstabilidade
DNADNADNA
VariaçãoVariaVariaççãoão
SobrevivênciaSobrevivênciaSobrevivência
AdaptaçãoAdaptaAdaptaççãoão
RecombinaRecombinaçção Genão Genééticatica
Rearranjos do DNARearranjos do DNARearranjos do DNA
Recombinação genéticaRecombinaRecombinaçção genão genééticatica
Sítio-específica SSíítiotio--especespecíífica fica HomólogaHomHomóólogaloga
Não somos bactNão somos bactéériasrias
•• Por que estudar genPor que estudar genéética em bacttica em bactéérias?rias?
BactBactéérias são organismos rias são organismos 
geneticamente simplesgeneticamente simples
•• 1 c1 cóópia do genomapia do genoma
–– MudanMudançça em um gene a em um gene ⇒⇒ detectdetectáávelvel
•• RRáápido crescimentopido crescimento
•• As cAs céélulas mais bem estudadaslulas mais bem estudadas
•• Crescimento fCrescimento fáácilcil
–– Tempo de geraTempo de geraçção pequenoão pequeno
•• TG = 20TG = 20--25 min 25 min 
•• 1 c1 céélula > populalula > populaçção mundialão mundial
•• Isolamento em colônias (10Isolamento em colônias (106 6 ccéélulas/colônia)lulas/colônia)
•• MutaMutaçção e seleão e seleçção naturalão natural
–– RRáápidopido
–– FFáácilcil
1 dia1 dia
E por que a Escherichia coli E por que a Escherichia coli éé um um 
modelo experimental?modelo experimental?
Os genes sofrem recombinaOs genes sofrem recombinaççõesões
RecombinaRecombinaçção ão 
de genesde genes
Pequenas e grandes alteraPequenas e grandes alteraçções ões 
do DNAdo DNA
•• Pequenas AlteraPequenas Alteraççõesões
–– Erros na replicaErros na replicaççãoão
•• Pequenas mudanPequenas mudanççasas
•• AlteraAlteraçções em grande escalaões em grande escala
–– RecombinaRecombinaçção genão genééticatica
•• MudanMudançças radicaisas radicais
•• Grandes rearranjos, duplicaGrandes rearranjos, duplicaçção de genes, transferência ão de genes, transferência 
de genesde genes
•• VVíírus; Transprus; Transpóósons; IS; Plasmsons; IS; Plasmíídeosdeos
•• Fragmentos de DNAFragmentos de DNA
Dois tipos de recombinaDois tipos de recombinaççãoão
gengenééticatica
•• RecombinaRecombinaçção Homão Homóólogaloga
–– Sequências homSequências homóólogaslogas
•• 2 c2 cóópias de genes no mesmo cromossomopias de genes no mesmo cromossomo
–– Ex: Meiose (Eucariotos)Ex: Meiose (Eucariotos)
•• TransformaTransformaçção e conjugaão e conjugaçção bacterianaão bacteriana
•• RecombinaRecombinaçção são síítiotio--especespecííficafica
–– Não necessita de sequência homNão necessita de sequência homóólogaloga
•• TransposiTransposiçção (Eucariotos e procariotos)ão (Eucariotos e procariotos)
•• TransduTransduçção (procariotos)ão (procariotos)
••RecombinaRecombinaçção Homão Homóólogaloga
RecombinaRecombinaçção Homão Homóólogaloga
•• Principal rota de incorporaPrincipal rota de incorporaçção de DNAão de DNA
–– Observada em todas as cObservada em todas as céélulaslulas
–– 2 mol2 molééculas de DNA de fita dupla com culas de DNA de fita dupla com 
sequências nucleotsequências nucleotíídicas complementaresdicas complementares
RecombinaRecombinaçção homão homóólogaloga
•• Etapas:Etapas:
–– Alinhamento das sequências homAlinhamento das sequências homóólogas de 2 DNA logas de 2 DNA 
–– CrossCross--overover
•• Quebra das fitas de DNAQuebra das fitas de DNA
•• União das fitas de DNAUnião das fitas de DNA
–– Duas molDuas molééculas de DNA Recombinanteculas de DNA Recombinante
O molelo Holliday O molelo Holliday 
para a para a 
recombinarecombinaçção ão 
homhomóólogaloga
••RecombinaRecombinaçção são síítiotio--especespecííficafica
RecombinaRecombinaçção são síítio tio 
especespecííficafica
•• InserInserçção do DNA ão do DNA 
circular do circular do 
bacteribacterióófago fago λλ
cromossomo cromossomo 
bacterianobacteriano
••RecombinaRecombinaçção genão genéética em tica em 
bactbactéériasrias
Qual o destino do DNA que chega a Qual o destino do DNA que chega a 
uma nova cuma nova céélula?lula?
•• Existe OR: replicado Existe OR: replicado 
–– Transmitido Transmitido ààs cs céélulas filhalulas filha
•• Não existe OR: não Não existe OR: não éé replicado replicado 
–– Incorporado ao cromossomoIncorporado ao cromossomo
••RecombinaRecombinaççãoão
–– PerdidoPerdido
Tipos de recombinaTipos de recombinaçção genão genéética tica 
em bactem bactéériasrias
ConjugaConjugaççãoão
TransposiTransposiççãoão TransduTransduççãoão
TransformaTransformaççãoão
••A TransformaA Transformaçção Bacterianaão Bacteriana
O experimento de Griffith O experimento de Griffith –– O princO princíípio pio 
transformador (1928)transformador (1928)
CaracterCaracteríísticas da transformasticas da transformaçção ão 
bacteriana?bacteriana?
•• AssimilaAssimilaçção de DNA do ambienteão de DNA do ambiente
•• DNA livre DNA livre éé facilmente danificadofacilmente danificado
•• O grande impacto para a ciênciaO grande impacto para a ciência
––DNA recombinanteDNA recombinante
Quando ocorre a transformaQuando ocorre a transformaçção ão 
bacterianabacteriana
•• CCéélulas competenteslulas competentes
•• DNA livreDNA livre
•• BactBactéérias intimamente relacionadasrias intimamente relacionadas
•• Estado de competênciaEstado de competência
CCéélulas competentes podem ser lulas competentes podem ser 
transformadastransformadas
- - -
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-- - --
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Zona de adesão
Plasmídeo
Bicamada lipídica
(interna)
Bicamada lipídica
(externa)
Fosfolipídeos
Íon de cálcio
Camada peptido
glucan
DNA genômico Célula
Bacteriana
••A ConjugaA Conjugaçção Bacterianaão Bacteriana
O experimento de O experimento de 
Lederberg and Tatum Lederberg and Tatum 
demonstrou a demonstrou a 
sexualidadesexualidade entre entre 
bactbactéérias (1946)rias (1946)
ConjugaConjugaçção Bacterianaão Bacteriana
•• Principal rota de transferência de genes Principal rota de transferência de genes 
em em Escherichia coliEscherichia coli
•• Contato fContato fíísico sico 
•• Elementos da conjugaElementos da conjugaççãoão
–– Par conjugante: FPar conjugante: F+ + (Hfr) (Hfr) -- (F(F--) ) 
–– BactBactééria doadora (Fria doadora (F++))
•• Genes de transferênciaGenes de transferência
•• Genes para pelo FGenes para pelo F
–– BactBactééria receptora (Fria receptora (F--))
O contato fO contato fíísico em as bactsico em as bactéérias rias éé
necessnecessáário para a conjugario para a conjugaçção ão 
O Pili bacteriano O Pili bacteriano 
junta as cjunta as céélulas lulas 
para a para a 
conjugaconjugaççãoão
ConjugaConjugaçção ão –– Transferência genTransferência genéética tica 
em E. coliem E. coli
FF+ + + F+ F-- ⇒⇒ 2 F2 F++
Cepas Hfr transferem Cepas Hfr transferem 
genes cromossomaisgenes cromossomais
Hfr + F Hfr + F --⇒⇒ Hfr + F Hfr + F --
IntegraIntegraçção do plasmão do plasmíídio F no dio F no 
cromossomo bacteriano cromossomo bacteriano ⇒⇒ Cepas HfrCepas Hfr
ConjugaConjugaçção Bacterianaão Bacteriana
•• LimitaLimitaççõesões
–– Poucos genes transferidos (maioria envolvidos na Poucos genes transferidos (maioria envolvidos na 
conjugaconjugaçção)ão)
•• Cepas Cepas HfrHfr (Alta Frequência de Recombina(Alta Frequência de Recombinaçção)ão)
–– IntegraIntegraçção do
plasmão do plasmíídio no cromossomo bacterianodio no cromossomo bacteriano
–– Transferência de parte do cromossomoTransferência de parte do cromossomo
–– Transferência de qualquer geneTransferência de qualquer gene
Cepas Hfr Cepas Hfr 
⇓⇓
Cepas FCepas F’’
••A TransduA Transduçção bacterianaão bacteriana
BacteriBacterióófago: o vetor da transdufago: o vetor da transduççãoão
TransduTransduçção bacterianaão bacteriana
•• Transferência de genes entre cTransferência de genes entre céélulas porlulas por
meio de vmeio de víírus de bactrus de bactéériasrias
•• Ciclo de vida dos bacteriCiclo de vida dos bacterióófagosfagos
–– LLííticotico
–– LisogênicoLisogênico
•• VVíírus temperadorus temperado
•• Profago (dormente)Profago (dormente)
•• Transmitido pela divisão celularTransmitido pela divisão celular
•• TransduTransduçção Especializada e Generalizadaão Especializada e Generalizada
O ciclo de O ciclo de 
vida do vida do 
fago fago λλ
TransduTransduçção generalizadaão generalizada
TransduTransduçção especializadaão especializada
IntegraIntegraçção do fago ão do fago λλ no genoma no genoma 
cromossomo da Escherichia colicromossomo da Escherichia coli
Recombinação bacteriana
••TransposiTransposiççãoão
TransposiTransposiççãoão
TranspTranspóósons e Sequencias de Insersons e Sequencias de Inserçção são ão são 
genes mgenes móóveis, mediadores da transposiveis, mediadores da transposiççãoão
Elementos de transposiElementos de transposiççãoão
•• Sequências de InserSequências de Inserçção (IS)ão (IS)
•• TranspTranspóósonssons
•• VVíírusrus
Para que servem as Para que servem as 
transpositransposiçções em bactões em bactéérias?rias?
•• Expressão de genesExpressão de genes
–– Elemento de transposiElemento de transposiçção contendo promotoresão contendo promotores
•• Rearranjo do genomaRearranjo do genoma
–– Elemento de transposiElemento de transposiçção em cão em cóópias mpias múúltiplas ltiplas 
•• DisseminaDisseminaçção de genes de resistênciaão de genes de resistência
–– Cromossomo Cromossomo →→ PlasmPlasmíídeo deo →→ ConjugaConjugaççãoão
••RecombinaRecombinaçção Genão Genéética tica 
em eucariontesem eucariontes
RecombinaRecombinaçção Genão Genéética tica 
em eucariontesem eucariontes
•• Genoma do mamGenoma do mamííferofero
–– ÉÉxonsxons
–– ÍÍntronsntrons
–– DNA espaDNA espaççadorador
–– DuplicaDuplicaçção gênica (famão gênica (famíílias de genes)lias de genes)
–– DiplDiplóóideide
•• DNA espaDNA espaççadorador
–– Sequências repetidasSequências repetidas
–– Propriedades Propriedades ≅≅ TranspTranspóósons bacterianossons bacterianos
As recombinaAs recombinaçções genões genééticas ticas 
em eucariontes são fontes de em eucariontes são fontes de 
recombinarecombinaççãoão
•• DuplicaDuplicaçção do DNA ao acaso:ão do DNA ao acaso:
–– FamFamíílias de genes relacionadaslias de genes relacionadas
•• Ex: Genes da Ex: Genes da ββ--globinaglobina
•• RecombinaRecombinaçção de ão de ééxons:xons:
–– Genes que codificam novas proteGenes que codificam novas proteíínasnas