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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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