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5/10/2014 GENÉTICA BACTERIANA MICROBIOLOGIA MÉDICA MAIO DE 2001 1 Consultar a obra de Genética Bacteriana de G. Tanders INTRODUÇÃO Em geral, os microbiologistas trabalham com populações e não com células isoladas 2 VARIAÇÕES Os indivíduos que compõem uma popu-lação apresentam variações Em animais e vegetais, essas variações são mais fáceis de observar TIPOS DE VARIAÇÕES Existem dois tipos de variações: FENOTÍPICAS GENOTÍPICAS VARIAÇÕES FENOTÍPICAS Também são chamadas de adaptações As variações fenotípicas podem ser reconheci-das pelas seguintes propriedades: São desencadeadas, necessariamente, por altera-ções ambientais Todos os indivíduos da população devem ser afetados VARIAÇÕES FENOTÍPICAS Todas as variações fenotípicas são depen-dentes de alterações bioquímicas Tais variações podem afetar a morfologia celular, o aspecto das colônias ou o comple-mento proteico celular EXEMPLO DE VARIAÇÃO FENOTÍPICA Em meio anaeróbio e rico em alimento, uma população de Clostridium tetani vive na sua forma vegetativa Se o meio tornar-se progressivamente hos-til, as células perceberão a variação ambien-tal e desencadearão o processo de esporu-lação EXEMPLO DE VARIAÇÃO FENOTÍPICA EXEMPLO DE VARIAÇÃO FENOTÍPICA E. coli é uma bactéria que pode fermentar gli-cose e lactose. Tomamos duas populações de E. coli, A e B Semeamos a população A em meio mínimo contendo glicose. Semeamos a população B em meio mínimo contendo lactose Analisamos a composição enzimática das duas populações VARIAÇÃO FENOTÍPICA BIOQUÍMICA No meio A, não existe atividade da enzima beta-galactosidase (e outras proteínas) No meio B, existe atividade da enzima beta-galactosidase (e outras proteínas) NO MEIO B, O OPERON LAC FOI ATIVADO VARIAÇÃO FENOTÍPICA BIOQUÍMICA UMA DEFINIÇÃO DE OPERON É uma unidade de expressão e regulação gênica bacteriana, incluindo genes estrutu-rais e elementos de controle no DNA re-conhecidos pelo(s) produtos(s) de gene(s) regulador(es) - (Lewin, B - GENES VII - 2000) Os operons podem ser ligados (ativados) e desligados (inativados) UMA DEFINIÇÃO DE OPERON O operon Lac permite o metabolismo da lactose Este operon possui diversos genes. Um deles (lacZ), codifica a beta-galactosidase Gene LacZ Molecular Biology of The Cell - Terceira edição - Adaptado Molecular Biology of The Cell - Terceira edição - Modificado VARIAÇÕES GENOTÍPICAS São mudanças no genoma da bactéria Genoma é a soma de todos os genes pre-sentes numa célula bacteriana VARIAÇÕES GENOTÍPICAS As variações genotípicas podem ser reconheci-das pelas seguintes propriedades: Não são desencadeadas, necessariamente, por mudanças ambientais De início, surgem numa única célula CAUSAS DAS VARIAÇÕES GENOTÍPICAS Mutações Recombinação genética Ganho ou perda de plasmídios MUTAÇÕES Uma mutação é uma alteração da seqüência das bases nitrogenadas de um ácido nucleico, em geral do DNA (mutação gênica) As mutações mais comuns resultam da troca de pelo menos 1 par de bases do DNA. Também podem resultar de duplicações, de-leções ou de inserções de seqüências de bases CLASSIFICAÇÃO DAS MUTAÇÕES Mutações espontâneas Ocorrem de forma natural, sem interferência hu-mana Mutações induzidas São provocadas pela ação humana, pelo emprego de agentes mutagênicos (físicos ou químicos) MUTAÇÃO ESPONTÂNEA A troca de um par de bases é a mais simples das alterações do DNA (mutação pontual) A troca de uma pirimidina por outra pirimidina ou a troca de uma purina por outra purina é uma transição A troca de uma pirimidina por uma purina ou vice-versa é uma transversão MODIFICAÇÕES DO DNA RECOMBINAÇÃO GENÉTICA É o fenômeno de interação entre duas moléculas distintas de DNA, do que pode resultar uma mudança na seqüência de bases dessas molé-culas A recombinação exige a quebra das ligações fosfodiéster e sua posterior religação RECOMBINAÇÃO GENÉTICA A recombinação bacteriana apresenta as se-guintes características: É unidirecional, ou seja, uma célula doa DNA e a outra o recebe em geral, apenas um pequeno fragmento de DNA (exogenoto) é transferido de uma célula para outra MECANISMOS DE ENTRADA DO EXOGENOTO TRANSFORMAÇÃO CONJUGAÇÃO TRANSDUÇÃO TRANSFORMAÇÃO Foi descoberta em 1928 por Fred Griffith A transformação natural consiste na captura de DNA solúvel por uma célula Oswald T. Avery B b b B CONJUGAÇÃO A conjugação é a transferência de DNA de uma célula para outra mediante um contato físico entre estas células Em certos casos, este contato é feito me-diante um apêndice celular chamado pêlo sexual CONJUGAÇÃO A conjugação ocorre em diversas espécies de bactérias Estudaremos a conjugação em Escherichia coli TIPOS DE CÉLULAS DE E. COLI As células que não exibem fator F são cha-madas de F- As células que apresentam fator F podem ser de dois tipos: F+ (fator não integrado ao cromossomo) Hfr (fator integrado ao cromossomo) PROPRIEDADES DO FATOR F Pode integrar-se ao cromossomo por meio de recombinação sítio-específica Comanda a formação de pêlo sexual Comanda a mobilização de DNA CONJUGAÇÃO F+ x F- A célula F+ elabora um pêlo sexual, que se acopla à proteína receptora OmpA Através do pêlo passa DNA da célula doadora para a célula aceptora Após a transferência, o pêlo se destaca das células CONJUGAÇÃO F+ x F- Uma das fitas do Fator F passa para a célula aceptora Em cada célula, as fitas únicas servem de molde para síntese da fita complementar No final do processo, ambas as células tornam-se F+ CONJUGAÇÃO F+ x F- Este tipo de conjugação permite a disseminação do fator F entre diferentes cepas da espécie CONJUGAÇÃO Hfr x F- O fator F insere-se num dos diversos sítios disponíveis no cromossomo Após a inserção, a célula doadora de DNA denomina-se Hfr (High frequency of recom- bination) Um pedaço de uma das fitas do fator F, e diversos genes cromossômicos adjacentes são transferidos CONJUGAÇÃO Hfr x F- Numa população, em que muitos indivíduos abrigam um fator F, há muitas células Hfr Os diferentes sítios de inserção do fator F no cromossomo propiciam a existência de células Hfr diferentes DIFERENTES TIPOS DE Hfr CONJUGAÇÃO Hfr x F- Diferentes tipos de células Hfr podem transferir genes distintos para as células F- Havendo muitas conjugações, podem ser formadas muitas células F- recombinantes Todas as células passam pela seleção na-tural TRANSDUÇÃO É a transferência de DNA entre células por meio de bacteriófagos Bacteriófagos, ou simplesmente fagos, são vírus que infetam bactérias TRANSDUÇÃO Quando um fago infecta uma bactéria, as conseqüências podem ser: Ciclo lítico AS CÉLULAS SÃO LISADAS Ciclo lisogênico AS CÉLULAS NÃO SÃO LISADAS CICLO LÍTICO O fago injeta seu DNA Este assume o controle das funções celulares e comanda a formação de novos fagos No fim do processo a célula bacteriana sofre lise e libera as partículas virais CICLO LÍTICO Durante a replicação viral o DNA bacteriano se desorganiza A quebra do cromossomo gera fragmentos de DNA de tamanhos variáveis Um capsídio em formação pode abrigar um pedaço de DNA cromossômico de tamanho adequado TRANSPOSONS/1 São seqüências de DNA que apresentam a pro-priedade de mudar de posição dentro do genoma São muito freqüentes nas bactérias É possível que os transposons exerçam um pa-pel muito importante no processo de evolução das bactérias e dos outros seres vivos que os a-brigam Alvo Alvo Alvo TRANSPOSONS/2 Um transposon contém um ou mais genes, flan-queados por seqüências curtas de DNA deno-minadas repetições terminais As repetições terminais apresentam as seguintes características: Podem ser iguais ou ligeiramente diferentes Podem ser diretas ou invertidas Genes do Transposon Repetições terminais diretas Genes do Transposon Repetições terminais invertidas Repetições terminais diretas Genes do Transposon Repetições terminais invertidas Genes do Transposon TRANSPOSONS/3 Os transpososns podem ser bem simples ou bas-tante complexos O tipo mais simples de transposon consiste num único gene (flanqueado pelas terminações re-petidas já mencionadas), que codifica uma enzi-ma denominada transposase Este tipo de transposon é chamado Seqüência de Inserção (IS) TRANSPOSONS/4 A transposase é a enzima reponsável pela trans-posição Uma vez sintetizada, ela reconhece as extremi-dades do transposon e também a seqüência que funciona como sítio alvo para a transposição A enzima “gerencia” a remoção do transposon para o sítio alvo Gene codificador da enzima transposase Isto é uma seqüência de inserção Seqüência de inserção (IS1) Transposon composto (Tn1681) Transposase Transposase Transposase Resolvase ampR Transposon complexo (Tn3) Transposase Enterotoxina IMPORTÂNCIA DOS TRANSPOSONS Os transposons complexos carregam genes en-volvidos na resistência bacteriana a antibióticos, metais pesados e outras substâncias. Alguns transposons contêm genes determinantes de fa-tores de virulência (vg, toxinas) Existem transposons, como o Tn21, que são até capazes de incorporar novos marcadores de re-sistência em sua estrututra Transposição FATORES R São plasmídios que contêm 1 ou mais marcado-res de resistência a antibióticos ou outros tipos de substâncias antibacterianas Num único plasmídio, podemos encontrar genes determinantes de resistência a várias drogas Quase todos esses genes estão contidos em transposons TIPOS DE FATORES R Autotransferíveis Contêm as informações necessárias para elabora-ção de pêlo sexual e mobilização de DNA. Estes plasmídios podem passar para outras células por conjugação Não autotransferíveis Não contêm informações necessárias para elabo-ração de pêlo sexual. Em geral são mobilizados pelo processo de transdução ampR clorR tetR penR eritR amicR strR cefalR nalidR vancR Fator R auto- transferível Genes envolvidos na produção de pêlo sexual e mobilização de DNA Este plasmídio confere resistência a 10 antobióticos!!
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