Genoma Bacteriano

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Arlindo Ugulino Netto ● MEDRESUMOS 2016 ● MICROBIOLOGIA 
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GENOMA BACTERIANO – MECANISMO GENÉTICOS DA RESISTÊNCIA 
 
 Para se discutir os mecanismos genéticos da resistência antimicrobiana, deve-se antes conhecer o genoma 
bacteriano, uma vez que a multirresistência de uma bactéria está ligado à genes cromossomais da mesma. O genoma 
representa o conjunto do material genético que uma célula apresenta. 
A organização genômica das bactérias é dinâmica e 
composta por diferentes modalidades de moléculas de DNA: 
cromossomo, plasmídeos, transposons e bacteriófagos. O 
cromossomo bacteriano contém todos os genes requeridos para o 
metabolismo e ciclo vital da bactéria. Plasmídeos, transposons e 
bacteriófagos são entidades moleculares independentes que 
ocorrem indistintamente em diferentes grupos bacterianos e que 
funcionam como elementos genéticos acessórios. Os genes que 
transportam não são essenciais à sobrevivência da bactéria, mas 
podem condicionar características tais como fatores de virulência, 
resistência a agentes antimicrobianos, bacteriocinas, toxinas, fixação 
de nitrogênio e utilização de fontes não usuais de carbono. Tais 
características adicionais podem ter importância adaptativa em 
determinadas situações. Todo material genético de uma bactéria, 
seja constitutivo ou acessório, está em contato direto com o 
citoplasma. Em processos de divisão (a cada 20 minutos), uma 
bactéria copia totalmente seus genes para a nova bactéria, o que 
explica a dificuldade de se controlar processos infecciosos. 
Cromossomos e plasmídeos constituem replicons, ou seja, 
unidades moleculares capazes de replicação autônoma. 
Transposons e bacteriófagos não são capazes de replicação 
autônoma e precisam estar inseridos em um replicon para se 
duplicarem. 
A figura acima mostra um mapa gênico de uma célula procariótica. A célula bacteriana tem cerca de 2400 genes 
codificantes de proteínas necessárias para sua sobrevivência. 
 
 
CÉLULA PROCARIÓTICA X CÉLULA EUCARIÓTICA 
 Enquanto a célula eucariótica apresenta todo seu genoma organizado e compartimentalizado por um núcleo 
(lembrando, é claro, do material genético mitocondrial), o cromossomo bacteriano existe na forma de uma molécula 
circular única de DNA de cadeia dupla, altamente enovelada e livre no citoplasma. 
 
Células Procarióticas Células Eucarióticas 
1. Contém apenas um cromossomo (único e circular) 
2. Consiste de uma única molécula de DNA de fita 
dupla na forma circular 
3. Não possui membrana nuclear: o cromossomo se 
localiza em uma região denominada nucleoide (em 
que o cromossomo se associa a proteínas). 
4. É enrolado, espiralado e de forma altamente 
compacta - é cerca de 1200 vezes maior que o 
tamanho da célula 
5. É rara a presença íntrons 
1. Há mais do que um cromossomo por célula 
2. Cada cromossomo consiste em uma única 
molécula longa de DNA de fita dupla enrolado em 
agregados de proteínas histonas em intervalos 
regulares 
3. Possui membrana nuclear 
4. Apresenta forma linear, e a molécula de DNA é 
cerca de 10 vezes mais longa 
5. Presença marcante de íntrons 
6. Mitocôndrias e cloroplastos apresentam material 
genético. 
 
Além do cromossomo, uma célula bacteriana pode conter uma ou mais estruturas de DNA, chamadas 
plasmídeos - moléculas de DNA de fita dupla menores que os cromossomos e que podem replicar-se 
independentemente destes. 
Outra diferença é o cromossomo da célula eucariótica, que é predominantemente constituído por íntons 
(sequências não codificadoras) do que por éxons (sequência codificadora). Já o cromossomo bacteriano apresenta uma 
grande maioria de éxons em relação aos íntrons (que são quase raros). 
As bactérias, como já foi dito e será discutido, possuem, além do seu cromossomo único e circular imerso no 
citoplasma, os seguintes elementos: plasmídeos, vírus e transposons. 
 
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PROCARIOTOS 
O Reino Monera reúne os organismos procariontes, unicelulares, coloniais ou não, de vida livre ou parasita, 
autótrofos (fotossintetizantes ou quimiossintetizantes) ou heterotróficos que se alimentam por absorção. 
Mesmo possuindo uma estrutura e organização celular rudimentar, uma tendência evolutiva desde o primórdio 
dos seres vivos, essas demonstram um grande potencial biológico, coexistindo em todos os tipos de ambientes, seja 
terrestre, aéreo ou aquático. 
Esse Reino compreende as bactérias e algas azuis (atualmente denominadas de cianobactérias). Devido à 
contribuição da Biologia molecular esse Reino passou a ser classificado em dois sub-reinos de organismos procarióticos 
bem diferentes: Eubactérias e Arqueas (Archaeobactérias). 
As arqueobactérias são muito semelhantes às eubactérias e só foram diferenciadas destas há poucas décadas, 
graças ao desenvolvimento das técnicas de análise molecular. Uma diferença importante entre arqueas e bactérias é 
quanto a constituição química da parede célular. As arqueas não apresentam, em sua parede celular, o peptidoglicano, 
constituinte típico das bactérias. As arqueobactérias podem ser dos seguintes tipos: 
 Arqueobactérias metanogênicas; 
 Termófilas extremas: vivem em condições extremas de temperatura (600ºC); 
 Halófilas extremas: vivem em condições extremas de salinidade (NaCl a 25%). 
 
 
PLASMÍDEOS 
 São moléculas extracromossomais circulares de DNA autorreplicativo encontradas em muitas espécies 
bacterianas e em algumas espécies de eucariotos (ex: o anel de 2-micra em Saccharomyces cereviesiae). São 
geralmente moléculas de DNA de fita dupla em forma de círculos fechados e passam às células-filha durante a divisão 
celular. Quando o plasmídeo está integrado ao cromossomo, recebe outro nome: epíssomo. 
 
OBS
1
: Os epissomas são plasmídeos que conseguem se integrar no DNA cromossómico do hospedeiro. Por essa razão, 
podem permanecer intactos durante muito tempo, ser duplicados em cada divisão celular do hospedeiro, e transformar-
se numa parte básica da sua constituição genética. 
 
A maioria das bactérias conhecidas transporta um ou mais tipos de plasmídeos. Os genes que transportam não 
são essenciais à sobrevivência da bactéria, mas podem condicionar características adicionais tais como fatores de 
virulência, resistência a agentes antimicrobianos, bacteriocinas, toxinas, fixação de nitrogênio e utilização de fontes não 
usuais de carbono. Muitas das características condicionadas por genes plasmidianos contribuem para a adaptabilidade 
da bactéria em condições especiais. As bactérias não constroem seus próprios plasmídeos, mas os adquirem através do 
fenômeno da conjugação bacteriana, na qual uma bactéria transportando um plasmídeo o transfere para uma outra 
bactéria, mantendo para si uma cópia deste. 
 
REPLICAÇÃO DO PLASMÍDEO 
 A replicação dos plasmídeos pode ser de dois tipos: por replicação de entidades independentes ou por 
replicação de epíssomo integrado. 
A replicação do plasmídeo também pode ocorrer em dois momentos: (1) quando a célula bacteriana se divide, o 
DNA plasmideal também se divide, assegurando que cada célula filha receba uma cópia deste; (2) durante o processo 
de conjugação, a molécula de DNA replicada pode entrar na célula receptora. 
 
TIPOS DE PLASMÍDEO 
 Existem dois grupos básicos de plasmídeos: os conjuntivos e os não-conjuntivos. Os plasmídeos conjuntivos 
contém um gene chamado tra-gene, que pode iniciar a conjugação, isto é, a troca sexual de plasmídeos com outra 
bactéria. Os plasmídeos não-conjuntivos são incapazes de iniciar a conjugação e, por esse motivo, o seu movimento 
para outra bactéria, mas podem ser transferidos com plasmídeos conjuntivos durante a conjugação. 
 Plasmídeos de Fertilidade (F): contém apenas tra-genes. A sua única função é a iniciação da conjugação 
bacteriana. A bactéria que apresenta o plasmídeo F (chamada de F+ ou macho) tem a capacidade de produzir 
fímbrias associadas na reproduçãosexuada com outras bactérias. A bactéria receptora é denominada F-. 
 Plasmídeos de Resistência (R): contém genes que os tornam resistentes a antibióticos ou venenos, ou seja, é 
responsável pela resistência da bactéria a antimicrobianos. 
 Plasmídeos Col: contém plasmídeos que codificam (determinam a produção de) colicinas, proteínas que podem 
matar outras bactérias, inibindo o crescimento de outras células que não possuem esse plasmídeo. 
 Plasmídeos Degradativos: permitem a digestão de substâncias pouco habituais, como o toluole ou o ácido 
salicílico, ou até mesmo derivados do petróleo (sendo usados para limpar poluições causadas por vasamento 
destes produtos). 
 Plasmídeos de Virulência: transformam a bactéria num agente patogênico, estando associado então, a 
patogenicidade da bactéria. Como por exemplo o plasmídeo Ti da bactéria Agrobacterium tumefaciens, que é 
usado atualmente na genética para a produção de plantas transgênicas. 
 
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TRANSPOSONS 
Transposons são fragmentos de DNA linear. Os transposons são elementos 
genéticos móveis capazes de se inserirem em diferentes pontos do cromossomo 
bacteriano. Após inserir-se em um determinado sítio do cromossomo, o transposon 
pode deixar uma cópia neste sítio e inserir-se em outro ponto do cromossomo, um 
fenômeno denominado transposição. 
A transposição ocorre devido à presença, no transposon, de sequências específicas de DNA denominadas 
sequências de inserção (IS). As IS são pequenas sequências de DNA que codificam a enzima transposase, responsável 
pela transposição. Quando o transposon se liga ao cromossomo da bactéria, isso a confere uma maior mutagenicidade 
(por induzir mutações) bem como o isolamento de parte de seu material genético (“DNA egoísta”). 
Os transposons codificam uma ou mais proteínas que conferem características como resistência a drogas 
antimicrobianas, enterotoxinas e enzimas degradativas. Os transposons possuem genes de resistências, como por 
exemplo, a TN1AMP (resistente à ampicilina). 
 
 
RECOMBINAÇÃO: TRANSFERÊNCIA GÊNICA BACTERIANA 
A maioria das bactérias possui uma única cadeia de DNA circular. As bactérias, por serem organismos 
assexuados, herdam cópias idênticas dos genes de suas progenitoras (ou seja, elas são clonais). 
Algumas bactérias também transferem material genético entre as células. A transferência de genes é 
particularmente importante na resistência à antibióticos. A resistência a antibióticos acontece devido à "colocação" de um 
plasmídeo que vai dar essa resistência ao antibiótico. 
A maioria das batérias não apresenta reprodução sexuada, mas podem ocorrer misturas de genes entre 
indivíduos diferentes, o que é chamado de recombinação genética. Esse processo leva à formação de novos 
indivíduos com característias genéticas diferentes, resultando na mistura de material genético. Uma bactéria pode 
adquirir genes de outra bactéria e misturá-los aos seus por meio de três maneiras diversas: 
 
TRANSFORMAÇÃO BACTERIANA 
Ocorre pela absorção de moléculas ou 
fragmentos de moléculas de DNA que estejam dipostos 
no ambiente, proveniente de bactérias mortas e 
decompostas; a célula bacteriana transformada 
(receptora) passa a apresentar novas características 
hereditárias, condicionadas pelo DNA incorporado. 
Este não precisa ser de bactérias da mesma espécie; em princípio, qualquer tipo de DNA pode ser capturado se 
as condições forem adequadas. Entretanto, um DNA capturado só será introduzido no cromossomo bacteriano se for 
semelhante ao DNA da bactéria receptora. 
 
TRANSDUÇÃO BACTERIANA 
Consiste na transferência de segmentos de 
moléculas de DNA de uma bactéria para outra. Isso 
ocorre porque, ao formarem-se no interior das 
células hospedeiras, os bateriófagos (vírus) podem 
eventualmente incorporar pedaços do DNA 
bacteriano. Depois de serem liberados para infectar 
outra bactéria, os bacteriófagos podem transmitir a 
ela os genes bacterianos que transportavam. 
A bactéria infectada eventualmente incorpora em seu cromossomo os genes recebido do fago. Se este não 
destruir a bactéria, ela pode multiplicar-se e originar uma linhagem "transduzida" com novas características, adquiridas 
de outras bactérias via fago. 
 
CONJUGAÇÃO BACTERIANA 
Consiste na transferência de DNA 
diretamente de uma bactéria doadora para 
uma receptora através de um tubo de 
proteína denominado pêlo sexual ou “pili”, 
que conecta duas bactérias. Os “pili” estão 
presentes apenas em bactérias doadoras 
de DNA. 
Quando a recombinação genética foi descoberta pelo biólogo Joshua Lederberg, pensou-se que se tratava de 
um processo sexual comparável ao dos seres eucariontes. Por isso, na época, as bactérias doadoras de DNA foram 
denominados machos e as receptoras, fêmeas. A continuidade dos estudos mostrou que a capacidade de doar DNA 
está ligada à presença de um plasmídeo denominado F (de fertilidade); bactérias portadoras do plasmídeo F, 
http://pt.wikipedia.org/wiki/Pili
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denominadas F
+
, atuam como doadoras de DNA e as que não possuem o plasmídeo F atuam como receptoras, sendo 
chamadas de F
-
. Hoje se sabe que o DNA transferido de uma bactéria para outra, na conjugação, é quase sempre o 
plasmídeo F. Algumas vezes, porém, um pequeno pedaço de DNA cromossômico une-se ao plasmídeo e é transferido 
junto com ele na conjugação. Na bactéria receptora pode ocorrer recombinação genética entre o cromossomo e o 
fragmento de DNA unido ao plasmídeo recebido da bactéria doadora. 
 
 
ASPECTOS GENÉTICOS DA RESISTÊNCIA BACTERIANA A DROGAS 
 O genoma procarioto e sua função determina um dos maiores problemas de saúde pública atual: mecanismo de 
resistência a antibiótico. Para isso, devemos iniciar definindo os seguintes termos: quimioterápicos e antibióticos. 
 Quimioterápico: substância com ação antimicrobiana produzida por síntese em laboratório. 
 Antibiótico: substância de ação antimicrobiana produzida naturalmente por fungos e pelas próprias bactérias. 
Ex: 
 Penicillium  Penicilinas 
 Cephalosporium  Cefalosporina 
 Streptomyces  Estreptomicina, neomicina, canamicina, tobramicina, eritromicina, etc. 
 Micromonospora  Gentamicina, sisomicina 
 Bacilus  Polimixinas, bacitracina 
 Chromobacterium  Aztreonam 
 
OBS
2
: Admite-se que o “cheiro de chuva” que predomina na terra após a chuva é resultado de geoprodutos liberados 
pelas bactérias Streptomyces presentes no solo. 
 
AÇÃO DOS ANTIMICROBIANOS 
 Bacteriostática: inibe o processo de multiplicação do micro-organismo. 
 Bactericida: inibe o crescimento do micro-organismo. 
 
HISTÓRICO 
 Como se sabe, antibiótico é uma substância que tem capacidade de interagir com micro-organismos 
unicelulares ou pluricelulares que causam infecções no organismo. Os antibióticos interferem com estes micro-
organismos, matando-os ou inibindo seu metabolismo e ou sua reprodução, permitindo ao sistema imunológico combatê-
los com maior eficácia. 
O primeiro antibiótico fabricado pelo homem foi a penicilina. Alexander Fleming, bacteriologista do St. Mary's 
Hospital, de Londres, já vinha havia algum tempo pesquisando substâncias capazes de matar ou impedir o crescimento 
de bactérias nas feridas infectadas, pesquisa justificada pela experiência adquirida na Primeira Grande Guerra 1914-
1918, na qual muitos combatentes morreram em consequência da infecção em ferimentos profundos e mal-tratados por 
falta de tratamento adequado. No ano de 1922, Fleming descobre uma substância antibacteriana na lágrima e na saliva, 
a qual dera o nome de lisozima. E em 1928 Fleming desenvolveu pesquisas sobre estafilococos, quando descobriu a 
penicilina. A descoberta da penicilina deu-se em condições peculiaríssimas, graças a uma sequência de acontecimentos 
imprevistos e surpreendentes. No mês de agosto de 1928 Fleming tirou férias e, por esquecimento, deixou algumas 
placascom culturas de estafilococos sobre a mesa, em lugar de guardá-las na geladeira ou inutilizá-las, como seria 
natural, ao retornar ao trabalho, em setembro do mesmo ano, observou que algumas das placas estavam contaminadas 
com mofo, fato este relativamente frequente. Colocou-as então, em uma bandeja para limpeza e esterilização com lisol. 
Neste exato momento, entrou no laboratório um seu colega, Dr. Pryce, e lhe perguntou como iam suas pesquisas. 
Fleming apanhou novamente as placas para explicar alguns detalhes àquele colega sobre as culturas de estafilococos 
que estava realizando, quando notou que havia, em uma das placas, um halo transparente em torno do mofo 
contaminante, o que parecia indicar que aquele fungo produzia uma substância bactericida. O assunto foi discutido entre 
ambos e Fleming decidiu fazer algumas culturas do fungo para estudo posterior. O fungo foi identificado como 
pertencente ao gênero Penicilium, de onde deriva o nome da penicilina, dado à substância por ele produzida. Fleming 
passou a empregá-lo em seu laboratório para selecionar determinadas bactérias, eliminando das culturas as espécies 
sensíveis à sua ação. A descoberta de Fleming não despertou inicialmente maior interesse e não houve a preocupação 
em utilizá-la para fins terapêuticos em casos de infecção humana até a eclosão da Segunda Guerra Mundial, em 1939. 
Nesse ano e em decorrência do próprio conflito, a fim de evitarem-se baixas desnecessárias, foram então ampliadas as 
pesquisas a respeito da penicilina e seu uso humano. 
Em 1935, Gerhard Domark cria em laboratório a sulfa, substância com atividade antimicrobiana. 
Em 1940, Sir Howard Florey e Ernst Chain, da Universidade de Oxford, retomaram as pesquisas de Fleming e 
conseguiram produzir penicilina com fins terapêuticos em escala industrial, inaugurando uma nova era para a medicina 
denominada a era dos antibióticos. Para a II Guerra Mundial, os antibióticos eram vistos como “Balas Mágicas”. Ainda 
nesse período, menos que 1% dos S. aureus estudados eram resistentes a penicilina. Em 1946, 60% dos S. áureos já se 
apresentavam resistentes à penicilina: apresentavam genes produtores de penicilinases, enzimas que quebram o anel 
β-lactâmico da penicilina (responsável por matar a bactéria). 
 
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RESISTÊNCIA BACTERIANA A DROGAS 
 A resistência bacteriana pode se dar por duas formas: resistência natural (toda a espécie bacteriana é 
naturalmente resistente a um certo antibiótico. Ex: Escherichia coli não pode ser tratada com benzilpenicilina por ser 
resistente à essa droga) e resistência adquirida (ao longo de seu desenvolvimento, adquire resistência devido a 
processos de conjugação, transformação, etc.). O antibiótico não induz resistência. A resistência adquirida é um 
fenômeno espontâneo da bactéria, sendo os antimicrobianos apenas agentes seletores de amostras resistentes. Isso 
demonstra que antibióticos devem ser administrado da maneira e intervalos corretos. 
 
 
CAUSAS DA RESISTÊNCIA 
A capacidade de adaptação ao novo ambiente garante à bactéria variabilidade genética gerada por mutação e 
mecanismos de transferência. As condições que favorecem a seleção e disseminação de genes de resistência aos 
antibióticos são: 
 Uso abusivo dos antimicrobianos nos hospitais; 
 Venda livre/Aquisição direta pelo doente (Automedicação); 
 Indicação indiscriminada por médicos; 
 Uso como aditivo em ração animal; 
 A tecnologia do DNA recombinante, que gera organismos transgênicos, pode criar vetores plasmídeos 
resistentes; 
 Pressão seletiva natural de muitos antibióticos (fungos e bactérias); 
 Exposição a outros agentes seletivos como mercúrio; 
 Fatores atuais: Maior imunodepressão (decorrente da AIDS, quimioterapia anticâncer e maior frequência de 
transplantes); 
 Modernos meios de transportes, o que facilita o transporte de pessoas ao redor do mundo, carregando consigo 
bactérias de variados meios de resistência. 
 
OBS
3
: Mecanismo de Resistência: 
Versatilidade Genética  Aquisição de Novo DNA  Mutação e Recombinação  Mecanismos de Transferência do 
Material Genético 
 
COMO SALVAR OS ANTIMICROBIANOS 
 Para evitar cada vez mais a resistência dos micróbios aos 
medicamentos, deve-se tomar algumas medidas, tais como: 
 A busca de novos antimicrobianos; 
 Modificar ou rejuvenescer drogas já existentes; 
 Obtenção de Vacinas por Técnicas Convencionais ou Moleculares; 
 Admitir que a resistência bacteriana é um sério problema de saúde 
pública (Fenótipo=Genótipo + Ambiente); 
 Adotar ações que reduzam o uso dos antimicrobianos: Só usá-los 
se indispensável (Diagnóstico); Realizar antibiogramas; Programas 
de vigilância hospitalar e comunitária; Usar vacinas que aumentem 
as defesas do organismo e reduzam as necessidades de drogas. 
 
OBS
4
: A ANVISA, com o intuito de evitar a prescrição de antibióticos sem 
parcimônia, instituiu, desde 2010 (por meio da RDC Nº 44, DE 26 DE 
OUTUBRO DE 2010), preconiza no DOU, que a prescrição de antibióticos 
seja feita a partir do preenchimento de Receituário de Controle Especial, 
o que exige duas vias, dados gerais do paciente e carimbo do médico 
responsável. 
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ANTIBIOGRAMA 
 Um antibiograma é um ensaio que mede a susceptibilidade/resistência de uma bactéria a um ou mais agentes 
antimicrobianos. Seu objetivo é tanto a análise do espectro de sensibilidade/resistência a drogas de uma bactéria quanto 
a determinação da concentração mínima inibitória. 
O Ágar de Mueller Hinton é recomendado pelo U.S. Food and Drug Administration (FDA) e pela Organização 
Mundial da Saúde (OMS) para o teste de sensibilidade/resistência a antibióticos de bactérias Gram positivas e Gram 
negativas, aeróbicas ou anaeróbicas facultativas, comumente encontradas em alimentos e espécimes clínicos. O teste, 
denominado antibiograma, é feito utilizando-se discos de difusão antibióticos depositados sobre a superfície do meio no 
qual se inoculou, por espalhamento, uma amostra de uma cultura bacteriana previamente crescida em meio líquido. 
Material: Pipetador com volume fixo de 100 µl, ponteiras esterilizadas, alça de Drigalski esterilizada, placas de 
Petri contendo meio Mueller Hinton, discos de difusão de antibióticos, cultura bacteriana em Caldo Nutriente ou meio LB. 
Procedimento: Semear, por espalhamento com alça de Drigalski ou com uma zaragatoa esterilizada, uma 
alíquota de 100 µl da cultura bacteriana em uma placa de Petri contendo meio Ágar de Mueller Hinton. Em seguida, 
depositar discos de papel filtro impregnados, separadamente, com quantidades determinadas de um antibiótico 
específico sobre a superfície do meio em disposição ordenada. Incubar a placa, invertidas, a 37ºC por cerca de 24 
horas. 
Resultados: A formação de um halo transparente sobre a superfície do meio, ao redor de um disco de 
antibiótico, indica uma região com ausência de crescimento bacteriano, revelando a ação inibitória do agente 
antimicrobiano sobre a bactéria ensaiada.