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Genética bacteriana 
Visão geral da construção de uma célula recombinante e alguns exemplos de sua aplicação 
Genes pertencentes a uma determinada célula de um organismo podem ser inseridos e expressos em células de outro 
organismo. Células geneticamente modificadas podem ser utilizadas para produzir uma grande variedade de produtos 
úteis. 
Replicação do DNA 
Replicação bidirecional de uma 
molécula circular de DNA 
bacteriano 
Replicação bidirecional de uma molécula circular de DNA 
bacteriano 
Bactérias: Onde encontramos genes????????? 
DNA Bacteriano, Plasmídios, DNA Fágico, Transposons 
 
 Replicons 
Variações Temporárias (Sem alterações no genoma) 
(Alterações Fenotípicas) 
- Produção de beta galactosidase quando tem lactose no meio 
(regulação gênica) 
Fisiológicas 
-Serratia marcescens: 37º C – sem pigmento  25º C – vermelhas, 
 
 
-Bacillus sphaericus: 2% peptona (células vegetativas) 
 0,1% peptona (esporos) 
 
-Gram positivos: Culturas novas – cels. azuis 
 Cultura velhas – cels. vermelhas, 
 
- Azomonas x sacarose x cápsula 
Morfológicas 
Variações Permanentes Com alterações no genoma) 
(Alterações genotípicas) 
 Mutação e Recombinação Genética 
A plasticidade do genoma é resultado de aquisição de DNA por transferência horizontal de 
genes (THG) como por exemplo pela absorção de plasmídeos, fagos e DNA livre e redução 
do genoma de ADN por deleções, rearranjos e mutações pontuais. 
A ação combinatória de aquisição de DNA e perda de genes resulta em processo de 
otimização do genoma , que ocorre em resposta a certas condições de crescimento 
incluindo os processos de infecção e colonização do hospedeiro. 
Ahmed ety al. Nature Reviews Microbiology 6, 387-394 (May 2008) 
Transferência horizontal de genes 
por transformação, transdução e 
conjugação 
 
Otimização do genoma 
(rearranjos e 
mutações) 
 
Redução do genoma 
(deleção) Otimização do genoma 
(rearranjos e 
mutações) 
 
A absorção de elementos genéticos móveis (fagos, plasmídeos de virulência, ilhas de patogenicidade), e perda de porções de 
DNA-cromossômico em linhagens distintas de Escherichia 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. coli adhesion-factor plasmid; 
pENT- enterotoxin-encoding plasmids; Stx - Shiga-toxin-encoding bacteriophage. 
Ahmed ety al. Nature Reviews Microbiology 6, 387-394 (May 2008) 
E. coli enterohemorrágica -EHEC 
E. coli enteropatogênica-EPEC 
E. coli enterotoxigênica-ETEC 
E. coli enteroinvasiva-EIEC e 
Shigella sp. 
E. coli uropatogênica-UPEC 
E. coli comensal 
Plasmídeos Fagos Ilhas de patogenicidade 
1. População de uma bactéria 
em processo de multiplicação 
 minutos , horas, dias, meses 
tempo 
2. Processo de crescimento e divisão 
produzem naturalmente células 
mutantes 
3. População continua multiplicação, e 
originando ocasionalmente, mais 
células mutantes 
Células são expostas a um 
composto antimicrobiano 
Pressão seletiva 
4. Células são mortas ou impedidas de 
multiplicação pela antimicrobiano com exceção 
dos mutantes resistentes ao antimicrobiano 
específico. 
5. Os mutantes continuam com o crescimento 
na presença do antimicrobiano e iniciam 
dispersão pelo ambiente 
Variação permanente resultante de Mutação 
 
Mutação cria variação 
Mutação desfavorável é 
selecionada contra 
Ocorre reprodução e mutação 
Com a mutação favorável é 
provável que o mutante 
sobreviva... 
....e se reproduza 
Variação permanente 
resultante de Mutação 
Variação permanente resultante de Recombinação Genética 
1. Duas populações bacterianas A e B 
crescem em um mesmo ambiente. A 
espécie B é resistente a droga X. 
2. Troca de DNA (elementos genéticos móveis) 
ocorre entre células em baixa frequência. 
3. Células da espécie A recebem o gen de 
resistência a droga X, presente no elemento 
genético móvel da espécie B. 
Pressão seletiva 
Bactérias são expostas a 
droga X. 
4. Na presença da droga X, as células da 
espécie A que receberam gen da resistência 
da espécie B são capazes de multiplicar-se 
enquanto que as células originalmente 
sensíveis não multiplicam-se. 
MUTAÇÃO 
 “Alteração brusca no material genético” 
 “Alteração hereditária em uma seqüência de bases 
do DNA”  Mutante 
Natural (10-6 a 10-10 ) 
Adquirida ou Induzida (Agentes Físicos e Químicos) 
Klebsiella pneumoniae 
(Aspecto mucóide 
(molhado) 
de colônias) 
Variação S  R 
 Variação S (Smooth)  R (Rough) em K. pneumoniae 
por mutação 
Resistência à drogas antimicrobianas por mutação 
(Tipo Cromossômica) 
 
Mutação 
Resistente a 500 g 
Bactéria sensível a estreptomicina (1 g) 
Modelo de um passo (“one step”) 
Bactéria sensível a Penicilina (1 g) 
Mutação 
Resistente a 10 g 
Resistente a 20 g 
Mutação 
Resistente a 50 g 
Mutação 
Modelo de vários passos (“multi step”) 
Tipos de Resistência Cromossômica 
Surgimento de mutantes auxotróficos devido mutação 
Placa mãe 
(crescimento em 
meio completo) 
Veludo 
estéril 
Aro de 
plástico 
Bloco de 
madeira 
Pressionar a 
placa sobre o 
veludo 
Veludo com a 
impressão 
das colônias 
 
Transferir a impressão das colônias 
para meios não inoculados 
Mutantes não 
crescem 
Todas as 
bactérias 
crescem 
Meio completo 
= placa mãe 
Meio 
mínimo 
Incubação 
“Moléculas distintas de DNA são combinadas numa 
mesma molécula, graças a um processo físico de 
quebra e ligação destas moléculas” 
RECOMBINAÇÃO GENÉTICA: Doadora Receptora 
DNA externo = DNA Exogenoto  Destinos 
possíveis (? ) 
TRANSFORMAÇÃO (Griffith-1928) 
(Reversão Pneumocócica (RS) (Rough – Smooth) 
“Incorporação de DNA solúvel” (Lise ou Liberação Espontânea) 
(Plasmídeos são passíveis de transferência também) 
Condições para ocorrer a transformação 
DNA homólogo, 
Dupla fita e PM elevado (105 a 107), 
Meio sem DNAase 
(DNA solúvel, Qualquer momento, Determinado estágio 
do ciclo celular, Condições Especiais) 
Bactéria Receptora em Estado de Competência Fisiológica 
Transformação 
CONJUGAÇÃO (Tatum e Lederberg - 1947 - E.coli) 
“Transferência através de comunicação entre as duas bactérias” ( Unidirecional) 
Pili (Gram negativa) Ponte de conjugação 
(Gram positiva) 
Conjugação bacteriana 
Conjugação de Gram negativa 
Enterococcus faecalis pheromone-responsive conjugative system. 
Pheromone A released from the potential recipient cell (right) interacts with plasmid A in the potential donor cell (left) to induce synthesis of 
aggregation substance. Attachment of aggregation substance to binding substance causes the cells to clump into visible aggregates. Once 
the pheromone-responsive plasmid A has transferred from donor to recipient cell, synthesis of pheromone A is shut off. 
Doadora Receptora 
Conjugação de Gram positiva 
Adaptado de Murray, B.E. (1998) 
Processo mediado por Plasmídeos (Ex. Plasmídeo 
R=Resistência à drogas, F=Fertilidadede, 
Virulência, Col, Metabólico, Críptico, etc) 
 
Obs. DNA cromossômico também pode ser 
transferido durante a conjugação. 
Plasmídeo 
conjugativo 
Plasmídeo R 
TRANSDUÇÃO ( Zinder e Lederberg - 1952) 
Transferência (DNA bacteriano e Plasmídios)ocorre por meio de um vírus 
(Bacteriófago) 
TRANSDUÇÃO ( Zinder e Lederberg - 1952) 
Transferência (DNA bacteriano e Plasmídios) ocorre por meio de um vírus 
(Bacteriófago) 
Um fago infecta a célula 
bacteriana doadora 
O DNA e proteínas do fago são produzidos, e o DNA 
bacteriano quebrado em fragmentos. 
Ocasionalmente, durante a montagem do fago, fragmentos 
do DNA bacteriano são empacotados no capsídeo do fago. 
Então a célula doadora é lisada e as partículas de fago são 
liberados. 
Um fago carreando o DNA bacteriano 
infecta a nova célula hospedeira, a célula 
receptora. 
A recombinação pode ocorrer, produzindo 
uma célula recombinante com um 
genótipo diferente da célula doadora e da 
célula receptora. 
Ciclo Lítico 
(vírus virulento) 
Ciclo Lisogênico 
(vírus temperado) 
Transdução Generalizada – Fragmentos ao acaso do 
DNA bacteriano são empacotados e transferidos para 
células receptoras (ciclo lítico) 
Transdução Especializada – Fragmentos específicos do 
DNA bacteriano unem-se ao DNA do fago e são 
empacotados e transferidos (ciclo lisogênico) 
Transposon  Genes Saltadores, Elementos Móveis 
ou “Jumping genes” 
Codificam Resistência a 
Drogas, Síntese de Toxinas e 
Enzimas Degradantes. 
Encontrados tanto em DNA 
cromossômico como em 
Plasmídios 
Tem sequência (de Inserção) 
que codifica enzima 
Transposase (Transposição ) 
Interfere com sequência 
linear do gene  
Mutação, Inativação ou 
Quebra; 
Mutagênese por Transposons 
Interação entre DNA e Proteínas Reguladoras  
Regulam síntese de RNAm e Atividade de enzimas 
específicas 
Regulação da Expressão Gênica 
Evitar síntese desnecessária de metabólitos, 
desperdício energético, acúmulo intracelular de 
metabólitos tóxicos. 
(Ex. Operon Lac em E.coli ( Operon Indutível); 
 Operon Trp de E. coli (Operon repressível) 
Operon Lac de E. coli (Operon indutível) 
Operon Lac de E. coli (Operon indutível) 
Operon Lac de E. coli (Operon indutível) 
Operon Trp de E. coli (Operon repressível) 
Operon Trp de E. coli (Operon repressível) 
Operon Trp de E. coli (Operon repressível) 
Muito obrigado!!!!