Aula 08 Genética Microbiana

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Princípios de Genética Microbiana
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Genética (do grego genno; fazer nascer)
É a ciência da hereditariedade e da variabilidade dos organismos.
Definição
A variabilidade é uma característica necessária dos organismos vivos , tanto quanto sua constância.
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A variabilidade está associada a duas propriedades:
Genótipo: potencial total herdado
Procariotos: cromossomo + qualquer DNA presente
Eucariotos: cromossomo + DNA organelas (mitocôndrias e cloroplastos)
Fenótipo: expressão de uma porção do genótipo. 
 Condições ambientais também podem influenciar o fenótipo
Ex. Azomonas spp. 
meio com sacarose: colônias mucosas e grandes
meio sem sacarose: colônias secas e pequenas
Variabilidade em microrganismos
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Os microrganismos apresentam elevadas velocidades metabólicas.
Em algumas horas várias gerações podem surgir
Ex: E. coli: 3 gerações em 1 hora.
A célula duplica o material genético antes da divisão celular
clones
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Podem surgir variantes, espontaneamente ou pela ação de fatores químicos ou físicos
Mutantes resistentes crescendo dentro de uma zona de inibição
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Variações no genoma microbiano
1) Mutações
 Alterações (hereditárias) na sequência de
 nucleotídeos de um gene.
- Geralmente resultam em pequenas alterações 
	genéticas (uma em vários milhões de células)
2) Recombinação genética
 Elementos genéticos contidos em dois genomas
 diferentes são reunidos numa unidade – nova combinação de genes.
- Provoca alterações mais significativas.
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As bactérias podem testar bilhões de mutações em pequenos intervalos de tempo.
O ser humano deve levar cerca de 25 anos para testar uma mutação.
Mecanismos:
a) adição ou perda de nucleotídeos no gene
	(deslocamento do quadro de leitura)
gera frequentemente proteínas não funcionais
b) Substituição de nucleotídeos no gene
 (mutação pontual)
proteína normal		
proteína incompleta
proteína defeituosa (não funcional)
	1) Mutações
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Mutações por substituição de nucleotídeos
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	Vários agentes podem aumentar a frequência das mutações:
Químicos: análogos de bases, agentes que reagem com o DNA
Físicos: radiações raios-X, luz UV
Elementos transponíveis: Transposons
Agentes mutagênicos
- A frequência das mutações variam bastante e podem ocorrer espontaneamente
- As que são muito frequentes criam dificuldade na manutenção dos bancos de culturas:
	Em culturas com 108 células/mL é provável de se encontrar vários mutantes
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Agentes mutagênicos químicos
Brometo de etídio
Análogos de bases e substâncias que reagem com o DNA
- Acridinas - Nitrosaminas - Nitrato de Sódio - Gás mostarda - Fenol e compostos fenólicos - Glutaraldeído - Esterilizantes quimicos gasosos (óxido de etileno, formaldeído) - Colquicina - Ácido nitroso (HNO3) - Aflatoxina B1 .... 
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As bases absorvem fortemente radiação UV (260 nm é a mais letal - UVC)
	- Ferramenta útil no obtenção e isolamento de mutantes.
Radiações ionizantes causam efeito indireto
	- Produção de radicais livres a partir da água que reagem com as macromoléculas
Agentes mutagênicos
Radiações
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Genes de transposição
Ex: gene de resistência a um antibiótico
	Transposons
Elementos mutagênicos constituídos do próprio DNA.
- Pedaços móveis do DNA
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Isolamento de mutantes
Mutantes resistentes a um antibiótico	
Qualquer característica de um organismo pode ser modificada por meio de mutações.
As mutações podem conferir ou não vantagem a um microrganismo.
Mutações podem ser detectadas pela simples inspeção visual
Mutantes pigmentados e despigmentados de Aspergillus nidulans
Mutantes de Halobacterium que perderam a vesícula de gás.
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Isolamento de mutantes
Meio completo
Meio mínimo
Plaqueamento em réplica: quando o fenótipo dos mutantes não é facilmente reconhecível. 
Ex. mutantes nutricionais :
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	Formação de um novo genótipo através da troca de material genético entre DNAs, geralmente entre espécies relacionadas.
Nos eucariotos ocorre entre dois cromossomos homólogos durante a MEIOSE (fenômeno crossing-over).
Nos procariotos a recombinação ocorre através de três processos:
	-Transformação, conjugação e transdução
	2) Recombinação genética
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1. Transformação:
Griffith: 1928 
Natureza: DNA livre
	(Evento marcante na biologia pois forneceu as primeiras evidências de que o DNA era o material genético)
	Recombinação genética
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Experimento de Griffith (1928)
Transformação
Experimentos com Streptococcus pneumoniae
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Transformação
Naturalmente poucas bactérias realizam a transformação com eficiência.
Entretanto, esse processo é comumente induzido, através da eletroporação utilizada na área da genética molecular. 
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Transformação
Necessidade de células competentes: fase logarítmica final de crescimento e produção de proteína especial de ligação.
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2. Conjugação
Lederberg e Tatum (1946)
	- Questionaram o senso comum de que bactérias somente produziam 	 	 clones de si mesmas.
	- Experimentos delineados para determinar se as bactérias realizam 	 	 processos sexuais.
Requer contato entre células
Transferência de plasmídeo ou cromossomo
Recombinação genética
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Experimento utilizando mutantes nutricionais de E. coli
Lederberg & Tatum (1946)
Conjugação
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Conjugação
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3. Transdução
Lederberg e Zinder (1951)
	Estudava a conjugação em outras bactérias além da E. coli e percebeu que os eventos não necessitavam de contato intercelular, mas não era uma transformação.
vírus como vetor
Recombinação genética
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Transdução generalizada
Baixa frequência de transferência
Empacotamento acidental
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Transdução especializada
Alta frequência de transferência
Luz ultravioleta
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Mecanismos:
Regulação da atividade enzimática
Regulação da tradução
Regulação da transcrição
Regulação da expressão gênica
 Centenas de reações enzimáticas ocorrem durante um único ciclo de crescimento.
	 Necessidade de regulação das atividades:
 - Melhor utilização dos recursos, menor dispêndio de energia.
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Visão geral dos mecanismos de regulação gênica
raro
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1. Regulação da atividade enzimática
Regulação alostérica
(alterações na estrutura terciária da proteína)
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A aspartato transcarbamoilase fornece N-carbamoil-aspartato para a rota de síntese de pirimidinas. É uma enzima alostérica inibida por CTP e ativada por ATP. 
Composta por 6 unidades regulatórias e 6 catalíticas.
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2. Regulação da transcrição (indução)
Operon: unidade completa de expressão gênica
Ex: utilização da lactose 
(lactose)
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2. Regulação da transcrição (repressão)
Ex: síntese de arginina 
Processo amplamente distribuído nas bactérias, para controle na síntese de aminoácidos
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