6 - Genetica bacteriana ( Especialização)

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18/04/2013
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Genética bacteriana
Professor: Dr.Benedito R da Silva Neto
INTRODUÇÃO
� Genética: estudo das semelhanças (herança) e diferenças 
(variabilidade) entre os seres e seus descendentes.
� A informação genética de qualquer ser vivo está contida em 
seu material genético
Fluxo de informação genética: 
DNA RNA ptns
Genoma (DNA)
Gene 
(informação genética)
RNAm
transcrição
tradução
Proteína
(função)
www.cib.org.br
Célula eucariótica
Material genético envolto 
por membrana formando 
um núcleo
Célula procariótica
Material genético disperso no 
citoplasma (não há núcleo -
nucleóide)
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Como é constituído o genoma 
bacteriano?
Cromossomo
Plasmídio
Elementos transponíveis
Vírus bacteriano (bacteriófago)
Genética bacteriana
� Cromossomo (580 – 5000Kb)
� DNA de fita dupla (complementares), circular, desnudo. 
Informação genética da célula (seqüência de bases do DNA).
• Exceções:
• ∗∗∗∗ Há algumas espécies com dois cromossomos
• ∗∗∗∗ Há algumas espécies com cromossomo linear
•Genoma haplóide
Cromossomo (cont.)
-Varia em tamanho: ~ 750 kb em Mycoplasma
~ 5.000 kb em Escherichia coli
~ 10.000 kb em Streptomyces
(~1.000 a 10.000 genes)
~1mm de comprimento 
(~1.000x maior que o Ø 
bacteriano): 
enovelado, compactado
Tortora, Funke and Case, 1996
cromossomo
http://129.109.136.65/microbook/ch002.htm
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- Molécula de DNA de fita dupla, circular e 
super-enovelada
Exceções: em poucas espécies, são lineares ou de 
fita simples.
-Replicação autônoma (independente do 
cromossomo)-replicons
Plasmídios
- Tamanho variável (~1 a 200kb) 
- No. variável em uma mesma bactéria:
Pode não conter plasmídios, ou pode conter 
vários tipos de plasmídios, simultaneamente.
- No. de cópias de cada molécula é controlado: 
plasm. pequenos (5-10 kb) 50-100 cópias/célula
plasm. grandes (50-200 kb) 1-10 cópias/célula
Plasmídio (cont.)
Plasmídios (cont.)
-Exemplos: 
•resistência a drogas e outros agentes antimicrobianos
•produção de fatores de virulência (toxinas, adesinas)
•degradação de substâncias inusitadas (ex. petróleo)
•alguns conferem mecanismos adicionais de transferência genética 
(conjugação) > plasmídios conjugativos
Funções:
-Estrutura não essencial, mas que pode conferir vantagens seletivas
-Importantes ferramentas em Engenharia Genética
Plasmídios conjugativos
Podem carrear genes para conjugação e vários outros 
(no ex., genes de resistência)
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Plasmídio de resistência 
Tortora, Funke & 
Case, 1996
Plasmídios bacterianos
http://www.csu.edu.au/faculty/health/biomed/subjects/molbol/DNA%20technology.htm
http://www.biomed.cas.cz/mbu/plasmid2000/plasmid.htm
DNA de uma célula de
E. coli lisada. (setas
indicam plasmídeos)
Genética bacteriana
� Seqüências de inserção/Transposons
� Segmentos de DNA lineares, móveis de tamanho 
variável (~700 a 40.000 pb)
� Capazes de se inserirem em diversas regiões do 
genoma
� Não são auto-replicativos
� Ativam/Inativam genes
Transposons
Seqüências de Inserção
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Seqüências de inserção e Transposons 
• Função:
Embora não essenciais, podem ser vantajosos
– ex. genes de resistência, produção de 
toxinas
Genética bacteriana
� Bacteriófagos/Fagos
� Vírus associados à bactérias
Vírus bacterianos
(Bacteriófagos ou fagos)
Fago temperado: genoma insere-se no
cromossomo bacteriano, mantendo-se de
modo estável> (estado de profago)
Bactérias contendo profagos são denominadas
lisogeneizadas
Fago virulento (ou lítico): lisa bactérias 
infectadas
Vírus bacterianos (cont.)
Conversão fágica (ou conversão lisogênica):
Fenômeno onde uma propriedade bacteriana é 
codificada pelo profago
Ex.Corynebacterium diphtheriae (difteria)
Genes que codificam toxina diftérica são
do vírus ⇒⇒⇒⇒ somente as bactérias
lisogeneizadas da espécie são virulentas
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Genética Bacteriana
� Genótipo: potencial hereditário da célula 
contido no DNA (cromossômico e 
plasmidial);
� Fenótipo: parte do potencial genético 
que está sendo expresso.
a. fenotípica:
-ocorre devido à influência de um fator
externo (adaptações das bactérias ao
ambiente)
-reversível
b. genotípica:
-ocorre devido a uma alteração do código 
genético 
-mantida na progênie
Variabilidade Bacteriana VARIABILIDADE GENÉTICA NOS 
MICRORGANISMOS
MUTAÇÃO RECOMBINAÇÃO 
GENÉTICA
-Transformação
-Conjugação
-Transdução
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MUTAÇÃO
� Alteração na seqüência nucleotídica 
de um gene
Origem:
Espontânea (ocorre naturalmente 
em ~ 1 x 10-6 a 1 x 10-9 por divisão 
celular, provavelmente devida a uma 
baixa taxa de mutagênicos naturais, 
normalmente presentes no ambiente)
•Induzida (causada por agentes 
mutagênicos, substâncias que 
aumentam a taxa de mutação)
Mutações
• Tipos:
-Mutações pontuais: microinserções, 
microdeleções, duplicação e substituição
-Translocação
-Macroinserções e Macrodeleçõs
-Inversões
-Transições
-Transversões
Mutação
A G (puricas)
C T (pirimidicas)
TRANSIÇÕES
TRANSVERSÕES
MUTAÇÃO
� Pode ser:
� Neutra - codifica o mesmo aa.
� Errônea - codifica um aa. diferente
� Sem sentido - códon de terminação
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MUTAÇÃO DESLOCAMENTO DO QUADRO DE 
LEITURA
� Inserção
� Deleção
� Podem ser:
� Espontâneas - 10-7 a 10-11
� Induzidas - agentes mutagênicos (físicos e 
químicos)
AGENTES MUTAGÊNICOS
� Físicos: 
� Radiações: Luz UV, raios X, raios 
gama, etc.
�Químicos:
� Óxido nitroso, Brometo de etídio, etc.
� Transformação – aquisição de material 
genético do meio;
� Transdução – transferência de DNA mediada 
por fagos;
� Conjugação – transferência de material 
genético entre duas células (plasmídeos)
RECOMBINAÇÃO GENÉTICA
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Ciclo Lítico ou Lisogênico
• Ciclo lisogênico
– DNA do fago se integra ao cromossomo 
bacteriano por um processo de 
recombinação
• Ciclo lítico
– Novas partículas virais são formadas com a 
maquinária da célula bacteriana e, em 
seguida ocorre lise da célula
Ciclo Lítico
Ciclo lisogênico
- Captação de DNA livre por uma bactéria em estado
fisiológico apropriado (estado de competência)
1. Transformação:
Mecanismos de transferência genética 
em bactérias
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Experimentos de Griffith 
Transformação em Pneumococos
·Natural: células competentes durante todo o
crescimento celular
-apenas algumas espécies bacterianas apresentam
competência naturalmente (ex.Neisseria gonorrhoeae e
Haemophilus influenzae)
·Artificial: induzida no laboratório
Transformação (cont.):
Competência: alterações celulares que favorecem a 
captação de DNA livre
Transformação-1
A bactéria doadora morre e é degradada
Transformação-2
Um fragmento de DNA da bactéria morta liga-se a
proteínas específicas na parede celular de uma bactéria
receptora, viva e competente.
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Transformação-3
A proteína RecA promove troca genética entre o
fragmento de DNA da bactéria doadora e o DNA da
bactéria receptora
Transformação-4
A troca é completada
Transformação bacteriana 
pode ser feita no laboratório
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2 2. Transdução:
- Transferência de DNA via 
bacteriófago 
- Tipos: 
• Transdução generalizada 
• Transdução especializada 
• Transdução abortiva 
Bacteriófago
Mecanismos de recombinação 
genética em bactérias
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Transdução Generalizada por 
Bacteriófago lítico-1
Bacteriófago lítico adsorve-se a uma bactéria susceptível
Transdução Generalizada por 
Bacteriófago lítico-2
O genoma do bacteriófago entra na bactériae direciona o
maquinário metabólico bacteriano para confeccionar componentes
e enzimas virais
Transdução Generalizada por 
Bacteriófago lítico-3
Ocasionalmente, uma cabeça ou capsídeo do bacteriófago
incorpora, por engano, um fragmento do genoma ou um
plasmídeo da bactéria hospedeira (doadora), ao invés do
genoma do fago.
Transdução Generalizada por 
Bacteriófago lítico-4
Bacteriófagos são liberados.
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Transdução Generalizada por 
Bacteriófago lítico-5
O bacteriófago portador do DNA da hospedeira
anterior (doadora) adsorve-se a uma nova bactéria
(receptora)
Transdução Generalizada por 
Bacteriófago lítico-6
O bacteriófago insere o DNA da bactéria
doadora que carrega em uma bactéria
receptora
Transdução Generalizada por 
Bacteriófago lítico-7
O DNA da bactéria doadora é trocado com o
DNA homólogo da bactéria receptora.
Transdução Especializada por 
Bacteriófago Temperado-1
Um bacteriófago temperado adsorve-se a uma
bactéria susceptível e injeta seu genoma.
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Transdução Especializada por 
Bacteriófago Temperado-2
O bacteriófago insere seu genoma no cromossomo
bacteriano e torna-se um profago>>>Conversão fágica
Transdução Especializada por 
Bacteriófago Temperado-3
Ocasionalmente, durante uma indução espontânea, um pequeno
pedaço do cromossomo bacteriano é captado erroneamente, como
parte do genoma do profago, e parte do DNA viral permanece no
cromossomo bacteriano.
Transdução Especializada por 
Bacteriófago Temperado-4
Enquanto o bacteriófago se replica, o segmento de DNA
bacteriano replica-se como parte do genoma do fago. Cada fago
agora carrega aquele segmento de DNA bacteriano.
Transdução Especializada por 
Bacteriófago Temperado-5
O bacteriófago adsorve-se a uma bactéria
receptora e injeta seu genoma
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Transdução Especializada por 
Bacteriófago Temperado-6
O genoma do bacteriófago portador do DNA
da bactéria doadora insere-se no cromossomo
da bactéria receptora
Colônias de fagos 
(placas em lise)
3. Conjugação
-Transferência requer contato direto bactéria-
bactéria 
 Gram negativos: contato via pilus sexual 
Gram positivos: contato via substância adesiva de 
superfície 
Mecanismos de recombinação genética 
em bactérias Conjugação bacteriana via pilus sexual
http://plantbio.berkeley.edu/~courses/pmb148/
http://www.denniskunkel.com/
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Conjugação-1
A bactéria doadora tem um plasmídio que 
codifica um pilus sexual
Conjugação-2
O pilus sexual adere a uma bactéria (fêmea) (F-) que
atua como receptora. Uma fita do plasmídio é quebrada
e transferida.
Conjugação-3
O pilus sexual retrai-se e é criada uma ponte entre as
duas bactérias. Uma fita do plasmídio entra na
bactéria receptora.
Conjugação-4
Ambas fazem uma fita complementar do plasmídio (portanto, são 
F+). 
Não ocorre transferência de DNA cromossômico nessas condições, 
mas outros plasmídios podem ser transferidos simultaneamente.
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Dúvidas??!!!