GENETICA-BACTERIA

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Processos de transferência de genes entre bactérias 
 
Introdução 
Sabemos que, embora as mutações sejam responsáveis pela 
expressão de várias novas características por uma célula, muitos dos 
fenótipos expressos pelos microrganismos procarióticos são 
decorrentes da aquisição de novos fragmentos de DNA, por meio de 
processos de transferência horizontal de genes. Três processos de 
transferência genética entre bactérias são bastante conhecidos: 
transformação, conjugação e transdução. Há ainda um quarto 
processo, a conversão lisogênica, que envolve a transferência de DNA 
de uma partícula viral para uma bactéria, sendo um evento 
importante na aquisição de genes muitas vezes associados à 
virulência. 
 
Transformação - É definida como um processo de incorporação de 
DNA na forma livre, geralmente decorrente da lise celular. A partir de 
seu descobrimento, foi demonstrado formalmente que o DNA era a 
molécula envolvida na hereditariedade (experimentos iniciados por F. 
Griffith, 1928). 
Várias bactérias Gram positivas e negativas são naturalmente 
transformáveis, entretanto, dentro de um gênero, nem todas as 
espécies o são. Na natureza, o processo ocorre quando uma célula 
sofre lise, liberando seu DNA. Este, por ser de grande tamanho tende 
a sofrer quebras, originando centenas fragmentos de 
aproximadamente 15 kb (o equivalente a cerca de 15 genes, em 
Bacillus subtilis). Como uma célula absorve poucos fragmentos, 
apenas uma pequena proporção de genes podem ser transferidos. 
Inicialmente, para que o processo ocorra, é necessário que a cél. 
encontre-se competente, isto é, deve apresentar sítios de superfície 
para a ligação do DNA da célula doadora e apresentar a membrana 
em uma condição que permita a passagem deste DNA. Esta 
propriedade é, provavelmente, uma característica inerente de certas 
linhagens e, ao que parece, envolve o mecanismo de quorum 
sensing. O estabelecimento da competência é um fenômeno 
controlado, envolvendo a participação de diferentes proteínas 
(proteína de ligação ao DNA, presente na membrana, autolisinas, 
nucleases), sendo um processo variável entre os microrganismos. 
Aparentemente, o número de sítios disponíveis para a ligação do DNA 
é limitado. Esta captação parece estar relacionada a uma pequena 
sequência, de 10 a 12 pares de bases, presente no DNA exógeno. Em 
Haemophilus, foi demostrada a presença de uma proteína que 
reconhece e liga-se a uma sequência 5’ - AAGTGGGTCA - 3’, muito 
comum no genoma deste microrganismo, garantindo que somente 
ocorrerá a captação de DNA de espécies muito similares. 
A competência é um processo que depende de várias condições 
distintas nos diferentes microrganismos. Sabe-se que a fase de 
crescimento e as condições ambientais desempenham um papel de 
extrema importância no processo. Além destes, a temperatura e a 
concentração de cátions também influenciam a eficiência do processo. 
A captação do DNA também é diferente entre Gram positivos (G+) 
e Gram negativos (G-): Nas G+ o DNA é captado como dupla hélice e 
absorvido como fita simples, sendo uma das fitas degradadas. Nas G-
, o DNA é absorvido como fita dupla, embora apenas uma das fitas 
participe do processo de recombinação. Independente do tipo celular, 
a ligação do DNA à célula é mais eficiente quando está como fita 
dupla. 
 
Ligação do DNA: inicialmente é reversível, tornando-se irreversível 
depois. As células competententes ligam o DNA com muito mais 
eficiência que células não competentes (1000 vezes mais). 
Streptococcus pneumoniae é capaz de ligar apenas cerca de 10 
moléculas de DNA de dupla fita, de 15 a 20 kb. Quando são 
absorvidas, como DNA de fita simples, estas passam para cerca de 8 
kb. 
Em Haemophilus influenzae, é necessário que o DNA tenha uma 
sequência específica de 11 pb, para que haja a ligação irreversível e o 
DNA seja captado. 
Integração do DNA: O DNA liga-se a proteínas na superfície celular, 
sendo em seguida absorvido ou tendo uma de suas fitas degradadas 
por nucleases antes da absorção. À medida que o DNA é absorvido no 
interior da célula, este se associa a proteínas de ligação ao DNA de 
fita simples, protegendo-o de degradação. A proteína RecA também 
participa deste processo, associando-se à fita e promovendo a 
recombinação. Há então a degradação do que resta da fita simples e 
formação de um DNA híbrido, que na replicação originará uma 
molécula parental e outra recombinante. 
 
Esquema dos eventos envolvidos na transformação em Streptococcus, um 
organismo Gram positivo. O autoindutor (1) ao encontrar o receptor (2) interage 
com este, promovendo a ativação de vários genes (3, 4 e 5) dentre eles as 
autolisinas, nucleases e proteína de ligação ao DNA. Uma das fitas do DNA passa a 
ser captada pela célula, enquanto a outra é degradada (6). Ao penetrar na célula a 
fita simples é protegida por proteínas. Caso este DNa encontre uma região 
complementar, a proteína RecA auxiliará sua recombinação com o DNA endógeno 
(7). 
Conjugação - Processo de transferência de DNA de uma bactéria 
para outra, envolvendo o contato entre as duas células (descoberta 
por Tatum & Lederberg, 1946). A conjugação está associada à 
presença de plasmídeos de natureza F. Estes plasmídeos contêm 
genes que permitem a transferência do DNA plasmidial de uma célula 
para outra ou, em outras palavras, a capacidade conjugativa. Quando 
a célula porta um plasmídeo de natureza F é denominada F+, 
doadora, ou macho, enquanto células desprovidas de tais plasmídeos 
são denominadas F-, receptoras, ou fêmeas. 
A capacidade conjugativa está associada à presença de determinados 
genes localizados em um operon denominado tra. Estes genes 
conferem uma série de características envolvidas na conjugação tais 
como a síntese do pilus F, responsável pelo reconhecimento e contato 
entre as células, assim como a transferência do DNA plasmidial. 
Eventualmente, os plasmídeos podem ser integrados no cromossomo, 
sendo este processo mediado por pequenas seqüências de DNA 
denominadas IS (insertion sequences). As células apresentados tais 
plasmídeos integrados são denominadas Hfr (do inglês High 
Frequency of Recombination). Quando integrados, esses plasmídeos 
podem mobilizar a transferência de genes cromossomais também. 
 
 
 
Exemplo de um plasmídeo do tipo F 
 
Em gram negativos, a conjugação pode ser de dois tipos: entre 
células F+ e F-, resultando em duas células F+ e entre células Hfr e 
F-, resultando em uma célula Hfr e outra F-. Nos dois processos, 
acredita-se que o mecanismo provável de transferência do DNA seja 
pelo círculo rolante, onde apenas uma das fitas é transferida, sendo a 
fita complementar sintetizada pela célula receptora. Provavelmente, o 
estímulo para o disparo do processo seja o contato das células. 
Assim, a conjugação envolve a passagem de DNA de uma célula F+ 
para outra F-, que torna-se então F+ também. 
Quando o plasmídeo encontra-se incorporado ao cromosso, a 
conjugação passa a envolver a transferência de genes cromossomais, 
sendo que nestes casos, a célula receptora permanece F-, porque a 
região tra é a última a ser transferida, o que raramente ocorre na 
natureza. Nestes casos, passam grandes blocos de DNA da célula Hfr 
para a receptora, promovendo extensas recombinações. 
(a) 
(b) 
(c) 
(d) 
 
Esquema dos eventos associados à conjugação entre células F+ e F-. 
 
 
 
 
 
 
Eventos associados à 
conjugação entre uma célula 
Hfr e outra F-. Observe que a 
célula F- permanece como 
receptora, uma vez que a 
região tra normalmente não é 
transferida. 
 
Transdução: (Lederberg & Zinder, 1952)transferência mediada por 
vírus, podendo ser generalizada (qualquer fragmento de DNA) ou 
especializada (determinados genes, passados por fagos temperados). 
 
Transdução generalizada: Descoberta em Salmonella typhimurium 
com o fago P22, embora este processo também ocorra em outras 
bactérias, tais como E. coli. Este tipo de processo requer a ocorrência 
de um ciclo lítico, onde eventualmente pode haver o empacotamento 
de fragmentos de DNA da célula hospedeira, gerando partículas 
denominadas partículas transdutoras, que correspondem ao capsídeo 
viral contendo em seu interior DNA bacteriano. Embora não possam 
ser descritas como vírus, as partículas transdutoras exibem a 
capacidade de adsorção à superfície de outras células bacterianas. A 
frequência com que um determinado gene é transferido é baixa uma 
vez que cada partícula transdutora leva apenas um determinado 
fragmento de DNA (1 em 106 ou 108 cél. recebem um determinado 
gene). 
 
 
 
 
Transdução generalizada: durante um ciclo lítico, pode haver a incorporação de 
DNA bacteriano no capsídeo viral. Este DNA poderá ser transferido para outra 
bactéria, pois os processos de adsorção e injeção de DNA dependem da estrutura 
do vírus, independente do tipo de DNA contido em seu interior. 
Transdução especializada: Evento raro, embora bastante eficiente. O 
exemplo melhor conhecido e primeiramente descoberto foi a 
transferência de um genes que codificam produtos envolvidos na 
degradação de galactose pelo fago λ de E. coli. 
A etapa inicial no processo corresponde à infecção e lisogenização do 
fago, que ocorre em sítios específicos do genoma. Neste caso, a 
integração do fago ocorre adjacente ao conjunto de genes envolvidos 
na utilização de galactose. Pela ação de algum indutor (ex: UV) há a 
separação do fago do genoma (integração reversa), que 
normalmente ocorre perfeitamente. Entretanto, em alguns casos, 
essa separação é defeituosa, promovendo a remoção de genes 
bacterianos e deixando parte do genoma viral na célula. Essas 
partículas podem ser de dois tipos: aquelas que carregam genes gal e 
outras que carregam genes bio. Aquelas partículas levando genes gal 
são denominadas λdgal (defectivas, contendo o gene gal), porque são 
incapazes de formar partículas virais maduras (porque deixam no 
hospedeiro o gene que codifica a proteína integrase). Quando estas 
partículas infectam novas células, juntamente com fagos normais 
(helper), pode haver a transferência de genes gal, a partir da 
infecção e lisogenização dos dois fagos. 
 
 
 
 
 
 
Transdução especializada: este processo é dependente da ocorrência de um ciclo 
lisogênico. O fago integra seu DNA ao DNA bacteriano e após um determinado 
período de tempo e de acordo com certos estímulos, este fago pode iniciar um ciclo 
lítico. Caso a excisão do DNA viral ocorra de maneira defeituosa, poderá haver a 
transferência de um pequeno fragmento de DNA bacteriano (porque parte do DNA 
viral ficará incorporado ao genoma bacteriano). Este vírus "defeituoso" poderá 
transferir o DNA bacteriano para outras células. 
Conversão lisogênica: Transferência de genes de fagos para 
bactérias. A própria lisogenização torna a bactéria imune a outras 
infecções por este fago, mas além disso, outros fenótipos podem ser 
adquiridos. O exemplo mais clássico consiste na conversão de células 
atoxigênicas de Corynebacterium diphtheriae em toxigênicas, pelo 
fago ß. Assim, a bactéria recebe um gene que codifica uma toxina, 
sendo este gene de origem viral. 
BIBLIOGRAFIA 
 
1. Microbioloia – Uma introdução, 6a edition. Gerard J. Tortora 
Addison Wesley Longman, Inc. 1997. ISBN : 0-8053-8535-5 (book and cd) 
2. Biology of microrganisms. Brock, T. J. , 1994 
3. Microbiologia. Pelczar, Michael Joseph McGraw-Hill. V.1. 1990. 
4. Tratado de Microbiologia. Isaac Roitman Editora Manole LTDA. 1988. 
5. Atoms and moleculas and Reactions. An Introduction to Chemistry. Ronald J. 
Gillespie Prentice Hall. 1994 ISBN: 0-13-088790-0 
6. General Chemistry. 2a edition. Atkins, P.W. Scientific American Books. 1996. 
ISBN : 0-7167-2265-8