Aula 03 Geneětica Microbiana

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GENÉTICA MICROBIANA
Professora Dra. Janaina Viana de Melo
O QUE É UM GENE?
• Unidade básica da hereditariedade
• Sequência linear de nucleotídeos do DNA
• Consiste na unidade funcional de um cromossomo ou 
plasmídeo
CROMOSSOMO BACTERIANO
• Molécula de DNA em forma de fita circular em muitas 
bactérias
• Estrutura do DNA:
– Dupla cadeia de nucleotídeos 
– Arranjo em forma de hélice
– Pares de bases dos nucleotídeos ligam-se por pontes de 
hidrogênio
GENOMA PROCARIÓTICO
HAPLÓIDE
Estrutura do DNA e RNA
NUCLEOTÍDEO
BASE
GRUPO 
FOSFATO
DESOXIRIBOSE
Estrutura do DNA e RNA
Estrutura do DNA e RNA
Replicação do DNA
Replicação Bidirecional
Replicação Bidirecional
Replicação Bidirecional
Replicação Bidirecional
TRANSCRIÇÃO E TRADUÇÃO
TRANSCRIÇÃO
TRADUÇÃO
CONTROLE DA EXPRESSÃO 
GÊNICA
Mecanismos que regulam a o processo de transcrição do
DNA para sintetizar RNA e a tradução desses para gerar
proteínas.
CONTROLE DA EXPRESSÃO 
GÊNICA
OPERON
Operon: grupo de genes são expressos como uma unidade, além do promotor 
e das regiões regulatórias
Geralmente, os genes de um operon codificam proteínas que atuam numa
mesma via metabólica, geralmente catalisando reações sequenciais.
CONTROLE DA EXPRESSÃO 
GÊNICA
CONTROLE DA EXPRESSÃO 
GÊNICA
CONTROLE DA EXPRESSÃO 
GÊNICA
CONTROLE DA EXPRESSÃO 
GÊNICA
PRINCÍPIOS BÁSICOS DA REGULAÇÃO GÊNICA EM
PROCARIOTOS:
1. Esses organismos necessitam ter mecanismos rápidos e
eficientes de adaptação a mudanças no ambiente;
2. Produtos gênicos que funcionam em conjunto, normalmente
tem regulação da expressão semelhante, ou estão
organizados em operons;
3. A transcrição da maioria dos genes em um estado
“bloqueado”, pela ligação de proteínas inibidoras;
4. A dissociação dessas depende de um indutor, normalmente
uma molécula pequena, que “sinaliza” a mudança
ambiental.
CONTROLE DA EXPRESSÃO 
GÊNICA
• Evitar síntese desnecessária de metabólitos, desperdício
energético, acúmulo intracelular de metabólitos tóxicos.
• Interação entre DNA e Proteínas Reguladoras Regulam
síntese de RNAm e Atividade de enzimas específicas.
(Ex. Operon Lac em E.coli ( Operon Indutível); Operon Trp de
E. coli (Operon repressível)
POR QUE CONTROLAR OU REGULAR???
Bactérias: Onde encontramos genes?????????
DNA Bacteriano, Plasmídios, Transposons
ELEMENTOS GENÉTICOS 
EXTRACROMOSSOMAIS
Plamídeos: Segmentos de DNA fita dupla, circulares, tamanho
varia entre 1500 a 400.000 pb, auto-duplicam
independentemente do cromossomo. Carregam informação
genética não essencial à célula, mas podem prover uma
vantagem seletiva para as bactérias que os possuem.
Ex: genes de resistência múltipla a
antibióticos, bacteriocinas, toxinas.
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.
ELEMENTOS GENÉTICOS 
EXTRACROMOSSOMAIS
ELEMENTOS GENÉTICOS 
EXTRACROMOSSOMAIS
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 sequencia de bases nitrogenadas
do DNA, geralmente resultantes 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 transferência de material genético entre duas
células.
VARIABILIDADE GENÉTICA EM 
BACTÉRIAS 
VARIAÇÕES FENOTÍPICAS X VARIAÇÕES 
GENOTÍPICAS
VARIAÇÕES FENOTÍPICAS
Ø Resultam das adaptações das bactérias ao meio ambiente.
São reversíveis, sem comprometimento genético.
Serratia marcescens: 37oC – sem pigmento; à 25oC – vermelhas
Bacillus sphaericus: 2% peptona (células vegetativas); 0,1% 
peptona (esporos)
Gram positivas: Culturas novas – células azuis; Cultura velhas –
células vermelhas
VARIABILIDADE GENÉTICA EM 
BACTÉRIAS 
VARIAÇÕES FENOTÍPICAS X VARIAÇÕES 
GENOTÍPICAS
VARIAÇÕES GENOTÍPICAS
Ø Resultam de alterações na sequencia de nucleotídeos. São
irreversíveis (através dos processos de mutação e
recombinação.
Ahmed ety al. Nature Reviews Microbiology6, 387-394 (May 2008)
A absorção de elementos genéticos móveis (fagos, plasmídeos de virulência, ilhas de patogenicidade), e perda de porções de 
DNA-cromossômico em linhagens distintas de E. coli, possibilitou surgimento de clones de diferentes patotipos de E. coli 
associados a sintomas de doenças específicas. 
LEE-locus of enterocyte effacement; PAIs -pathogenicity island; pEAF-enteropathogenic E. coliadhesion factor plasmid; 
pENT-enterotoxin-encoding plasmids; Stx-Shiga-toxin-encoding bacteriophage.
VARIABILIDADE GENÉTICA EM 
BACTÉRIAS 
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:
TRANSFORMAÇÃO
CONJUGAÇÃO
TRANSDUÇÃO
MECANISMOS DE RECOMBINAÇÃO 
GENÉTICA EM BACTÉRIAS 
RECOMBINAÇÃO GENÉTICA por transformação – a bactéria
absorve moléculas de DNA dispersas no meio e às incorpora à
cromatina. Esse DNA pode ser proveniente, por exemplo, de
bactérias mortas. Este processo ocorre espontaneamente na natureza.
Os cientistas utilizam a transformação como técnica de Engenharia
Genética, para introduzir genes de diferentes espécies em células
bacterianas.
MECANISMOS DE RECOMBINAÇÃO 
GENÉTICA EM BACTÉRIAS 
MECANISMOS DE RECOMBINAÇÃO 
GENÉTICA EM BACTÉRIAS 
MECANISMOS DE RECOMBINAÇÃO 
GENÉTICA EM BACTÉRIAS 
As bactérias não-encapsuladas vivas
absorveram material genético das
encapsuladas mortas pelo calor e
passaram a produzir cápsula, o que lhes
conferiu a capacidade de causar doença.
As bactérias não- encapsuladas foram
transformadas em encapsuladas.
Experimentos subsequentes
comprovaram que o fator de
transformação era DNA.
Frederick Griffith, 1928 - Evidência da transformação
bacteriana (Streptococcus pneumoniae)
MECANISMOS DE RECOMBINAÇÃO 
GENÉTICA EM BACTÉRIAS 
RECOMBINAÇÃO GENÉTICA por conjugação – bactéria
doadora doa uma cópia de um dos seus plasmídios para a
bactéria receptora, através de uma ponte citoplasmática
estabelecida pelo pili (pelo sexual; fímbria sexual).
MECANISMOS DE RECOMBINAÇÃO 
GENÉTICA EM BACTÉRIAS 
A conjugação está associada à presença de plasmídeos F.
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 pilus
F, responsável pelo reconhecimento e contato entre as células; e
a transferência do DNA plasmidial.
MECANISMOS DE RECOMBINAÇÃO 
GENÉTICA EM BACTÉRIAS 
MECANISMOS DE RECOMBINAÇÃO 
GENÉTICA EM BACTÉRIAS 
MECANISMOS DE RECOMBINAÇÃO 
GENÉTICA EM BACTÉRIAS 
(Tatum e Lederberg - 1947 - E.coli)RECOMBINAÇÃO GENÉTICA por transdução – moléculas de
DNA são transferidas de uma bactéria a outra usando vírus como
vetores (bactériófagos). Estes, ao montarem-se dentro das bactérias,
podem incluir pedaços de DNA da bactéria que lhes serviu de
hospedeira. Ao infectar outra bactéria, o vírus que leva o DNA
bacteriano o transfere junto com o seu. Se a bactéria sobreviver à
infecção viral (ciclo lisogênico), pode passar a incluir os genes de
outra bactéria em seu genoma.
MECANISMOS DE RECOMBINAÇÃO 
GENÉTICA EM BACTÉRIAS 
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.
- ex: conversão de células atoxigênicas de
Corynebacterium diphtheriae em toxigênicas, pelo fago
ß; a bactéria recebe um gene que codifica uma toxina,
sendo este gene de origem viral.
MECANISMOS DE RECOMBINAÇÃO 
GENÉTICA EM BACTÉRIAS 
OBRIGADA!!!!