Genética bacteriana

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Genética Bacteriana 
DNA - Estrutura 
• A vida depende da capacidade das células de 
armazenar, resgatar e traduzir, além de transmitir às 
células filhas informações contidas em genes. 
• Os genes são feitos de DNA. 
• Nucleotídeos: Unidades constitutivas dos ácidos 
nucléicos com função de armazenamento da Informação 
Genética 
Genoma Bacteriano 
• DNA dupla fita circular; 
• DNA com aproximadamente 1,1 mm de 
comprimento (comprimento da célula  2 m); 
• Empacotamento do DNA em torno de uma 
estrutura central formando uma estrutura 
superenrolada (supercoiled); 
• DNA enrolado em sentido anti-horário por ação 
de uma DNA girase. 
- Estrutura: 
Genoma Bacteriano 
• Capacidade de replicação e transmissão das 
moléculas hereditárias durante a divisão 
celular; 
• O processo de evolução biológica de todo 
organismo é produto de alterações no seu 
material genético; 
- Propriedades/funções: 
Genoma Bacteriano 
• Ausência de um complemento diplóide de 
genes; 
• Uso de quase todo genoma na codificação e 
na regulação; 
• Colinearidade dos genes com seus produtos 
protéicos; 
• Tendência de apresentar genes que 
codificam funções relacionadas agrupados 
em operons; 
- Características 
Genoma Bacteriano (cont) 
 
• Ocorrência, com freqüência aproximadamente 
igual, de seqüências codificantes em ambas as 
fitas do DNA; 
• Existência de unidades genéticas acessórias; 
 
- Características 
Organização do Genoma Bacteriano 
• Grupo de genes estruturais contínuos que 
codificam produtos com funções relacionadas e 
controlados a partir de seqüências regulatórias 
comuns; 
• Esse grupo de genes estruturais representam uma 
única unidade genética; 
• Operon  Genes estruturais + Seq. Regulatórias; 
Organização dos genes em operons 
Organização do Genoma Bacteriano 
• O número de genes estruturais nos operons 
pode variar; 
• Presença de regiões intercistrônicas (1 a 30 
nucleotídeos); 
• Pode ocorrer superposição de genes; 
• Genes transcritos em um único mRNA 
(policistrônico); 
1- Organização dos genes em operons 
Organização dos genes em operons 
- Promotor – Ligação da RNA polimerase 
- Operador – Ligação proteínas regulatórias 
- Genes estruturais – codificam aminoácidos 
OPERON lac 
Em Escherichia coli a lactose pode ser empregada como 
fonte de energia, se for ativado o operon da lactose; 
genes moduladores: 
 lacL - gene repressor 
 lacP - gene promotor onde se acopla a mRNA 
polimerase, 
 lacO - gene operador que libera ou retem a mRNA 
polimerase. 
genes funcionais: 
 lacZ - codifica a enzima β-galactosidase, que hidrolisa a 
molécula de lactose em glucose e galactose, 
 lacY - enzima lactose-permease, que favorece a entrada 
da lactose para o interior da célula, 
 lacA - que codifica a tiogalactosídeo-transacetilase, 
enzima responsável pela eliminação dos galactosídeos 
não hidrolisados. 
OPERON lac 
OPERON lac 
OPERON lac 
Elementos Genéticos Acessórios 
1- Plasmídeos; 
2- Bacteriófagos; 
3- Elementos Genéticos Transponíveis; 
“Embora seja correto afirmar que o genoma das 
bactérias está contido num único cromossomo, as 
mesmas são portadoras de um grande número de 
Unidades Genéticas Acessórias.” 
Plasmídeos 
• Elementos 
extracromossomiais com 
capacidade de replicação 
autônoma; 
• DNA fita dupla circular; 
• Capacidade de auto-
replicação (origem de 
replicação análoga a 
OriC); 
• Denominados replicons; 
- Características 
Plasmídeos 
• Possuem de 1 a 200Kb e pouca ou nenhuma 
homologia com cromossomo da célula 
hospedeira; 
• Perda de plasmídeos de bactérias mantidas em 
laboratório; 
• Podem conferir vantagens seletivas; 
- Características 
Plasmídeos 
• Produção de toxinas; 
• Produção de pilinas e outras adesinas; 
• Resistência a antimicrobianos e metais pesados; 
• Produção de bacteriocininas; 
• Propriedade de fertilidade; 
• Funções sociais (adaptação das bactérias a diferentes 
ambientes); 
- Funções 
Plasmídeos 
• Plasmídeos R 
- Plasmídeos de resistência; 
- Grande importância em medicina; 
- Conferem resistência a antibióticos; 
• Plasmídeos Col 
- Plasmídeos de E. coli capazes de produzir 
colicinas (inibem crescimento de bactérias Col-); 
- Cepas Col+ são resistentes a sua própria colicinina; 
- Tipos 
Plasmídeos 
• Plasmídeo Sexual 
- Possue genes adicionais que lhe conferem habilidade 
de dirigir sua transferência de uma célula para outra 
(Genes de transferência ou genes tra); 
- Os produtos do gene tra promovem o contato íntimo 
entre as células (Pili sexual → transferência de F); 
- Podem efetuar a transferência de plasmídeos não-
conjugativos; 
- Tipos 
Bacteriófagos 
• Vírus que infectam bactérias; 
• Não se multiplicam na ausência de hospedeiro 
(sem maquinaria metabólica); 
• Elementos genéticos transmissíveis; 
• Genoma variado: RNA, DNA circular fita 
simples, DNA circular fita dupla; 
 
- Características 
Bacteriófagos 
• Fagos Virulentos: liberação de vários fagos 
após lise celular; 
 
• Fagos Temperados: integração ao genoma 
bacteriano formando uma linhagem lisogênica. 
Pode ocorrer reversão à virulência; 
- Tipos 
Elementos Genéticos Transponíveis 
• São seqüências de DNA que codificam 
enzimas conhecidas como TRANSPOSASES. 
 
Transposases: catalisam a inserção de uma cópia 
idêntica do elemento em um novo sítio 
genômico (Transposição). 
Elementos Genéticos Transponíveis 
• A inserção de elementos transponíveis afeta a 
integridade de seus genes alvo: 
 - ativar genes inativos (possuem 
promotores da síntese de RNA); 
 - deleções, inversões e fusões 
cromossômicas. 
 
Elementos Genéticos Transponíveis 
• Essas sequências determinam uma 
considerável plasticidade genética nos 
genomas que a possuem. 
Mutação 
• Definição: alteração na estrutura química ou 
física do DNA, ocasionadas por agentes físicos 
ou químicos. 
• Fonte de grande variabilidade genética; 
• Importantes para o processo de adaptação; 
• As mutações podem ser: espontâneas ou 
induzidas. 
Mutação 
• Espontâneas: causadas por erros durante a 
replicação do DNA (frequência 1x109 a 
1x1012). 
• Induzidas: causadas por agentes genotóxicos 
(frequência 1x104). 
 
 Algumas regiões do DNA são mais sensíveis 
a aparição de um evento mutacional: pontos 
quentes. 
 
Tipos de Mutação 
 Por substituição de pares de bases: 
1- Transição: base pirimídica → base pirimídica (T e C) 
 base púrica → base púrica (A e G) 
2- Transversão: base pirimídica ↔ base púrica 
Tipos de Mutação 
Em nível de polipeptídeos: 
 1- Mutações sem sentido: 
• o produto do códon não especifica nenhum 
aminoácido; 
• São reconhecidos como sinais de terminação 
pelos ribossomos → polipeptídeos mais curtos, 
atividade comprometida. 
 
Em nível de polipeptídeos (cont): 
2- Mutações de sentido errado: 
• Afetam uma base, resultando na substituição 
de um aminoácido por outro no polipeptídeo 
(pode afetar sua atividade). 
3- Mutações de fase de leitura: 
• São produtos de inserções ou deleções numa 
sequência (afetam a sequência como um todo). 
4- Mutação supressora: 
• Suprime os efeitos de uma outra mutação. 
 
Principais consequências fenotípicas das 
mutações: 
• Mutantes sensíveis à temperatura: que 
crescerão em uma determinada temperatura 
mas não em outra. 
 
• Mutantes resistentes a drogas. 
Transferência Genética 
Mecanismos que permitem a transferência: 
 
• Transformação 
•Conjugação 
• Transdução 
 
Transformação 
• É o processo no qual o DNA bacteriano disperso no 
meio é transferido para célula bacteriana, resultando 
em alterações genotípicas desta; 
Donated DNA 
Recipient cell’s 
chromosome 
Crossovers 
Degraded DNA 
Recombinant 
chromosome 
Transformação 
Transdução 
• Processo de transferência de DNA bacteriano 
de uma célula para outra via fago; 
 
 
Transdução (cont) 
• O ciclo de interação fago / hospedeiro pode ser lítico 
ou lisogênico: 
Conjugação 
• Transferência de plasmídeos através de contato 
entre as células; 
• Possibilidade de transferência do cromossomo 
(ou parte dele) da célula doadora para uma 
célula F-; 
• Transferência do fator F (replicação e 
transferência pelo pili sexual); 
• Recombinação do fator F com o cromossomo: 
células Hfr (alta frequência de recombinação). 
Conjugação 
1 2 
4 
2 
5 3 
Conjugação - célula Hfr 
Importância do Estudo da Genética 
Bacteriana 
• Desenvolvimento e aprimoramento das técnicas de 
biologia molecular; 
• Epidemiologia molecular; 
• Taxonomia e filogenia bacteriana; 
• Estudos sobre virulência bacteriana; 
• Diagnóstico laboratorial; 
• Avaliação de genes associados à resistência a anti-
microbianos.