RESUMO MICRORGANISMOS GENETICA MICROBIANA PLASMIDEOS E MUTAÇÃO

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Genética: ciência da hereditariedade; Genoma: toda informação genética da célula. Inclui; cromossomos e plasmídeos.
Cromossomos: estruturas contendo DNA que transportam fisicamente a informação hereditária; contêm os genes. (nos procariotos e circular nos eucariotos linear); Genes: segmentos de DNA que codificam produtos funcionais. Genótipo: composição genética do organismo. Representa as propriedades potenciais, mas não as propriedades em si. Fenótipo: refere-se às propriedades reais expressas, manifestação do genótipo (genótipo+meio ambiente). O que constitui o fenótipo do organismo em termos moleculares? Expressão das proteínas contidas nos genes. Cromossomo Bacteriano: DNA Circular; O DNA da E. coli, tem cerca de 4,6 milhões de pares de bases e possui cerca de 1 mm de comprimento; 10% do volume celular.
O fluxo da informação genética: A célula parental (mãe) de um microrganismo (bacilo/bactéria) transmite informação genética (DNA) para células filhas (transferência vertical de informação), pode também transferir informação de uma célula para outra (transferência horizontal de informação).
Célula parental -Horizontal-> Expressão: a informação genética e utilizada dentro da célula para produzir as proteínas necessárias para a função celular (transcrição e tradução) a célula realiza metabolismo e cresce. 
Célula parental -Horizontal-> Recombinação: a informação genética pode ser transferida entre células da mesma geração
Célula parental -Vertical-> Replicação: a informação genética pode ser transferida entre gerações de células.
(Uma célula usa a informação genética contida no DNA para fazer suas proteínas, incluindo as enzimas. Esta informação e transmitida para a próxima geração durante a divisão celular. O DNA pode ser transferido para células de uma mesma geração, resultando em novas combinações de genes).
Transferência horizontal: a célula de uma bactéria pode passar ou receber informação de outra célula, através de recombinação, uma célula não patogênica incorpora em seu DNA informações de células patógenas, podendo assim codificar proteínas que antes não podia, passando a ser patogênica, podendo transferir tal gene para células filhas através de replicação. A célula trabalha para economizar energia, replicar um DNA muito grande é custoso, pois seu genoma já está completo e produz tudo que ela precisa, se ela adquirir um DNA externo, ela o mantém nos seus cromossomos caso ela tenha alguma vantagem, se não ela os libera. Células de procarioto tem capacidade de agregar DNA exógeno ao seu.
Conceito DNA chave: o DNA e o projeto para as proteínas celulares, sendo obtido de uma celula parental ou de outra celula.
Forquilha de replicação: 1 – A hélice dupla do DNA parental se separa a medida que as ligações de hidrogênio fracas entre os nucleotídeos das fitas opostas se rompem em resposta a ação das enzimas de replicação. 2 – Ligações de hidrogênio se formam entre os novos nucleotídeos complementares, e cada fita do molde parental forma novos pares de bases. 3 – As enzimas catalisam a formação de ligações de açúcar-fostato entre os nucleotídeos sequenciais em cada fita-filha de DNA resultante. a) A forquilha de replicação; b) As duas fitas de DNA são antiparalela. O esqueleto de açúcar-fosfato de uma fita esta alinhado de cabeça para baixo em relação ao esqueleto da outra fita. A ligação fosfo e muito energética; Em procarioto o DNA e circular.
Replicação 1 – as enzimas desenovelam a dupla parental hélice; 2 – as proteínas estabilizam o DNA parental desenovelado
3 – a fita líder é sintetizadas continuamente pela DNA-polimerase; 4 – a fita atrasada e sintetizada de modo descontinuo. A RNA-polimerase sintetiza um RNA curto, que é então estendido pela DNA-polimerase; 5 – a DNA-polimerase degrada o RNA e o substitui por DNA; 6 – a DNA-ligase une os fragmentos descontínuos da fita atrasada; A replicação do DNA e um processo acurado, taxa de erros de somente 1 em cada 1010 bases incorporadas, capacidade de correção (profeading) da DNA-polimerase, replicação precisa do material genético e fidelidade na transmissão da informação.
DNA-girase – relaxa o enovelamento acima da forquilha de replicação; DNA-ligase – forma ligações covalentes p ligar fitas de DNA: liga os frag de okazaki e fragmentos no reparo de excisão; DNA-polimerase – sintetiza o DNA: corrige e repara o DNA; Endonuclease – corta o DNA em uma extremidade exposta; facilita o reparo; Helicase – desnovela o DNA de fita dupla; Metilase – adiciona o grupo metil as vases selecionadas na nova fita de DNA; Fotoliase – utiliza a energia da luz visível para separar os dímeros de pirimidina induzidos pela luz UV; Primase – produz iniciadores de RNA a partir de um molde de DNA; Ribozina – enzima de RNA que remove introns e processa exons conjuntamente; RNA-polimerase – copia RNA a partir de um molde de DNA; snRNP – complexo RNA-proteina que remove introns e processa exons conjuntamente; Topoisomerase – relaxa o superenovelamento acima da forquilha de replicação: separa DNA circular no final da replicação; Transposase – corta o esqueleto de DNA, formando extremidades coesivas.
Plasmídeos: Elementos genéticos com replicação independente; DNA circular de fita dupla, superenovelado, carreando genes não essenciais; Replicação: maquinaria celular e genes plasmidiais controlando a iniciação e partição Número de cópias: controlado por genes plasmidiais e interações com o hospedeiro.
Replicação de plasmídeos: Bactérias Gram negativas: replicação similar ao cromossomo com intermediário teta (alguns com replicação unidirecional). Bactérias Gram positivas: Archaea e algumas Gram negativas, mecanismo de círculo rolante, com intermediário de fita simples. Plasmídeos lineares: proteína ligada à extremidade 5´ de cada fita como iniciador.
Plasmideos correspondem a 5% do DNA cromossomal, se encontra dentro da célula em sua forma superenovelado em circulo, por questão de espaço, são moléculas de DNA de fita dupla, carregam genes que não são essenciais para o procarioto, porém são importantes, pois os genes que viabilizam o funcionamento da célula estão no cromossomo, nos plasmideos estão os genes extras, que conferem uma vantagem seletiva à bactéria que os abriga, por exemplo, a capacidade de construir uma resistência a antibióticos. A resistência advém da presença de pelo menos um gene que codifique uma enzima capaz de neutralizar antibiótico, eles codificam enzimas necessárias para sua replicação. Numero de copia: aparecem nos micro em 1 a 3 copias, varia muito entre espécies, o mesmo não pode coexistir com outro de seu grupo de incompatibilidade, pois naturalmente o plasmideo do grupo será excluído na replicação. in vitro perdem por não precisarem dos mesmos.
Tipos e importância: Carreiam genes que exercem profunda influencia no fenótipo da célula hospedeira; • Resistência a antibióticos e metais toxicos; •Codificam toxinas e outras características de virulência; • Bacteriocinas: pequenos peptídeos codificados pelos plasmideos que tem ação antimicrobiana semelhante a antibiótico, são antibióticos naturais, que agem apenas com microrganismos relacionados, podendo ser usados para substituir antibióticos em uso industriais, um exemplo e a lisina, usado na produção de queijo, pois não afeta micros importantes na produção do queijo.
Mutação: Alteração na sequência de bases do DNA; • Pode causar alterações benéficas ou prejudiciais ao organismo; •Muitas mutações são silenciosas-> alterações na sequência de DNA não alteram o produto; • Código genético degenerado.
Procarioto X Eucarioto: a mutação no procarioto levar minutos e em poucos dias podem ser observadas, enquanto no eucarioto pode levar anos para que se possa observar mutações.
Classes e metodologias para detecção: auxotrofia -> perda de enzima de uma via biossintetica -> incapacidade de crescer no meio desprovido de nutrientes. Fermentação do açúcar -> perda de enzimas de vias degradativas -> alteração ou perda de cor em meios contendo açúcar é um indicador de ph.
Basesmoleculares da mutações: Mutações Pontuais: Provocadas por substituição de pares de bases no DNA, ou pela perda ou ganho de um único par de bases. Transições: Purina por Purina ou Pirimidina por Pirimidina; Transversões: Purina por Pirimidina e vice e versa. • De acordo com a localização da mutação pontual o fenótipo pode ou não ser alterado.
“Imagem”Tipo de mutação pontual, DNA parental transmite para células filhas: 1 – durante a replicação do DNA, uma timina e incorporada a guanina oposta por engano; 2 – no próximo ciclo de replicaçãa, adenina pareia com a nova timina, gerando um par de AT no lugar de GC; 3 – quando o mRNA e transcrito a partir do DNA contendo esta substituição e produzido um codom que durante a tradução codifica um aminoácido diferente tirosina em vez de cisteina.
“imagem”Efeitos de substituições de pares de bases em gene que codifica uma proteína. Três produtos proteicos diferentes podem ser originados a partir de alterações no DNA de um único códon.
AAC: códon de asparagina – proteína defeituosa – mutação sentido trocado; UAG: códon de terminação – proteína incompleta – mutação sem sentido; UAU: códon de tirosina – proteína normal – mutação silenciosa; UAC: codom de tirosina – proteína normal – tipo selvagem.
“imagem” mutação: a) Molécula de DNA normal : Met – lys – phe – gly – parada; b) Mutação missense: met – lys – phe – ser – parada c)Mutação nosense: met – parada; d) Mutação da fase de leitura: met – lys – leu – ala 
“imagem”Alteração de fase de leitura e outras inserções ou deleções: DNA: inserção transcrição da fita verde clara -> mRNA: GUG CCC UGU U -> fase de leitura +1 DNA: Deleção transcrição da fita verde clara -> mRNA: GUG CUG UU -> fase leitura -1
Mutagênese: Agentes químicos e físicos mutagênicos e seus mecanismos de ação: Agente: análogos de base: 5-brornouracil Ação: incorporação como T; ocasional pareamento incorreto com G Resultado: AT-GC e ocasionalmente GC-AT
Agentes químicos que reagem com DNA: Agente: acido nitroso (HNO2) Ação: desamina A e C Resultado: AT-GC e GC-AT
Corante intercalantes: Agente: acridinas, brometo de etídio. Ação: insere-se entre dois pares de bases. Resultado: microinserções e microdeleções.
Radiação: Agente: ultravioleta Ação: forma de dímeros de pirimidina Resultado: o reparo pode levar a erros ou deleções.
“Imagem”Análogos de bases: análogos de bases nucleotídicas. Estrutura de dois análogos de bases comuns, utilizados na indução de mutações, e as bases normalmente encontradas em ácidos nucleicos, que são substituídos. A) o 5-bromouracil pode parear-se com a guanina, promovendo substituir de AT por GC. B) a 2-aminopurina promovendo a substituição de AT por GC.
“imagem” Substâncias químicas: acido nitroso (HNO2) como mutagênico. O acido nitroso altera uma adenina de modo que ela pareia com a citosina em vez da timina. DNA parental normal -> DNA parental alterado – replicação -> DNA filho normal (alterado) – replicação -> DNA neto mutado.
Radiação: 1 – a exposição a luz ultravioleta leva as timinas adjacentes a fazerem ligações cruzadas, formando um dímero de timina e interrompendo o pareamento normal de bases. 2- uma endonuclease corta o DNA e uma exonuclease remove o DNA danificado. 3 - a DNA–polimerase preenche a lacuna sintetizando o DNA novo, utilizando a fita intacta como molde. 4- a DNA-ligase sela a lacuna restante, unindo o DNA velho e o DNA novo.
Transferência genética em procariotos: Transformação: célula doadora libera o DNA (DNA livre) recebido por célula (receptora) Transdução: doadora, injeta viral fragmentação do cromossomo em outra célula, que passa adiante Conjugação: transferência de plasmideos: celula doadora, contendo o plasmideo, passa-o para outra celula. Conjugação: transferência do cromossomo: celula doadora, com o plasmideo integrado.
Recombinação: troca física de DNA entre elementos genéticos; participação de varias enzimas -> RecA; formação das junções hollida. DNA doador-> endonuclease cliva o DNA -> ligação de proteínas SSB ->DNAreceptor-> invasão de fita (proteína RecA) -> desenvolvimento da troca por fitas cruzadas -> resolução nos sítios -> segmentos(com frações de celulas) e junções
Transformação: transferência genética onde DNA livre e incorporado em uma célula receptora, podendo promover alterações genéticas. (usado em lab para bac sintetizar uma certa proteína) 
O experimento de Griffth, transformação a genética (recombinação) capacidade de internalizar DNA exógeno:
1 – Bactérias encapsuladas vivas foram injetadas no rato; 2 – rato morreu; 3 – colônias de bac encapsuladas foram isoladas do rato morto. 1 – bactérias não encapsuladas vivas injetadas no rato; 2 – o tato permanece vivo; 3 – algumas colônias foram isoladas e foi comprovado que fagócitos destruíram as bactérias. 1 – bactérias encapsuladas mortas pelo calor foram injetadas no rato; 2 – o rato permaneceu vivo; 3 – nenhuma colônia foi isolada. 1 – bactérias não encapsuladas vivas e bactérias encapsuladas mortas pelo calor foram injetadas no rato; 2 – o rato morreu; 3 – colônias de bactérias encapsuladas.
Transdução: um vírus bacteriano (bacteriofago) transfere o DNA de uma célula para outra.
Conjugação: mecanismo de transferência genética que envolve o contato entre duas células; codificado por plasmideos -> transferir copia de seu DNA para novas células hospedeiras; envolve a participação da célula doadora e célula receptora.
Nutrição e Cultura de Micro-organismos: A nutrição microbiana corresponde à parte da fisiologia microbiana que envolve o fornecimento de monômeros (precursores de monômeros) -> Nutrientes •Requerimento nutricional diferente entre os organismos : – Macronutrientes e micronutrientes -> origem química. •Composição principal: H, O, C,N,P e S -> pelo menos 50 elementos são metabolizados por micro-organismos.
Macronutrientes: Elemento: Carbono (C) Forma usual: CO2 compostos orgânicos Elemento: Hidrogênio (H) Forma usual: H2O compostos organicos Elemento: Nitrogênio (N) Forma usual: NH3, NO3, N2 compostos organicos nitrogenados
Carbono e Nitrogênio: Uma célula normal é composta por cerca de 50% de carbono -> principal elemento em todas as classes de macromoléculas; • Segundo elemento mais abundante é o Nitrogênio, cerca de 12% por peso seco; •Elemento essencial, constituinte de proteínas, ácidos nucleicos e outros compostos celulares.
Outros macronutrientes: P, S, K, Mg, Ca, Na; • Fósforo -> ácidos nucleicos e fosfolipídeos; • Enxofre -> papel estrutural em alguns aminoácidos e presente em algumas vitaminas; • Potássio -> é requerido para muitas atividades enzimáticas; •Magnésio -> estabilidade de ribossomos, membranas e ácidos nucleicos, também sendo necessário para atividade enzimática; •Cálcio -> estabilização de parede celular e termoestabilidade em esporos; • Sódio -> requerido por alguns, reflexo do habitat.
Ferro e Elementos traço: • Ferro: importante papel na respiração celular (citocromo e proteínas ferro-enxofre); Sideróforos (captação de Fe3+ ); • Micro-organismos que crescem na ausência de ferro -> utilizam o Mn2+ como componente metálico de enzimas; • Elementos traço -> componentes de enzimas;
Micronutrientes requeridos: Boro (B): presente em autoindutor em bactérias e antibióticos; Cromo(Cr): requerido por mamíferos no metabolismo de glicose; Cobalto (Co): bac que metaboliza acido propionico.
Fatores de Crescimento: Vitamina: acido fólico Função: metabolismo de um carbono, transferência de grupo metil; Vitamina: biotina Função: Biossintese de ácidos graxos; fixação de CO2; Vitamina: acido lipolico Função: transferencia de grupos acil na descarboxilação de piruvato
Meio de cultura: solução nutrientes utilizadas para promover o crescimento de microrganismos em laboratório: classes-> definidos e complexos
Meios de cultivo seletivo e diferencial: •Os meios seletivos são elaborados para impedir o crescimento de bactérias indesejadas e favorecer o crescimento dos micro-organismos de interesse; •Os meios diferenciais facilitam adiferenciação das colônias de um micro-organismo desejado em relação a outras colônias crescendo na mesma placa; • Os meios enriquecidos corresponde a um meio base complexo, ao qual são adicionados nutrientes adicionais (ex. sangue) -> mimetizam as condições do hospedeiro.
Meios de Cultura: Quimicamente definido: crescimento de quimioautroficos e fotoautrotroficos, ensaios microbiológicos
Complexo: crescimento de maioria dos organismos quimioheterotroficos; Redutor: crescimentos de anaeróbicos obrigatórios
Seletivo: supressão de micro indesejados, favorecimento de micro de interesse; Diferencial: diferenciação das colônias dos micro, de interesse em relação aos outros; Enriquecimento: similar ao meio seletivo, mas elaborado para aumentar o numero de micro de interesse ate níveis detectáveis.
Crescimento de populações microbianas: • O crescimento microbiano é definido como um aumento do número de células em uma população; • O tempo de geração é tempo necessário para uma célula se dividir (e sua população duplicar).
“Grafico” O ciclo do crescimento microbiano: Lag: fase inicial de adaptação; Exponencial: população de micro em crescimento; Estacionaria: parada do crescimento por falta de nutrientes e inibição de crescimento; Morte: morte dos micros
Mensuração do crescimento microbiano: contagem de células variáveis
Método de semeadura por espalhamento: 1 – amostra depositada na superfície de uma placa solido; 2 – amostra espalhada de forma homogênea; 3 – contagem de colônias
Metodo de semeadura em profundidade: 1 – amostra depositada em placa petri estéril; 2 – o meio estéril adicionado e misturado ao inoculo; 3 – Resultado e contagem de colônias na superfície e abaixo
Calculo: numero de colônias na placa x índice de diluição da amostra = numero de bac/ml (ex: se 32 colonias estão na placa de diluição 1:10.000, a contagem pode ser estimada em 32 x 10.000 = 320.000 bac/ml na amostra)
Metodo de incorporação em placa: 1 - inoculação em placa vazia; 2 – adição do Agar nutriente; 3 – mistura; 4 – colônias crescem no meio e na superfície
Metodo de espalhamento em placa: 1 – inoculação em placa contendo meio solido; 2 – espalhamento do inoculo em toda a superfície; 3 – as colônias so crescem na superfície do meio
Filtração: (água) usado na contagem em caso que pouca quantidade de micros, usa-se um filtro para captar esses micros, o filtro depois e colocado em contato com meio de cultura para que possam crescer e possa ser feita a contagem da colônias 
Numero mais provável: (água) inocula diferentes concentrações das amostras em tubos (ex: 5) e conta-se quantos tubos deram positivo para a presença de micro (ex: 5, 3, 1), e através de uma tabela de índice, obtém-se o numero mais provável de micro nas amostras. 
Contagem microscópica direta: 1 – suspensão bacteriana e adicionada e preenche o volume raso sobre os quadrados por capilaridade; 2 – a profundidade e a área dos quadrados são conhecidas, o volume de suspensão bacteriana sobre os quadrados pode ser calculado (profundidade x área)
Contagem indireta: Determinação do numero de bac por métodos indiretos: turbidimetria (espectrofotometro), atividade metabólica, peso seco. (luz passa pela amostra e atinge o detector, que mostra através da transmitância da luz a quantidade de micro na amostra); Contagem pelo nível de PH: medida de atividade metabólica, os micro liberam ácido com o crescimento, podendo assim o pH ser medido e determinar a quantidade de bac na amostra; Medir peso seco: pesagem da amostra de acordo com o crescimento bac, mais usado em fungos.
Fatores que afetam o crescimento: temperatura: Psicrófilo: 4º Mesófilo: 39º Termófilo: 60º Hipertermofilo: 88º Hipertermófilo: 106º
Concentração de Oxigênio: Anaerobicos obrigatórios:cresce somente em altas concetrações; Anaerobicos facultativos: cresce melhor com oxigênio, mas esta presente em todo o tubo; Anaerobicos obrigatórios: cresce somente onde não há oxigênio; Anaeróbico aerotolerante: crecimento igual, oxigenio não tem efeito; Microaerofilos: crescimento em baixa concentrações de oxigênio pH afeta o crescimento: de acordo com o organismo e o local. Osmoralidade: concentração de sal: Não halófilo: Halotolerante: Halófilo: Halófilo extremo:
Biofilme: os micro formam uma capsula que os protege contra intempéries do ambiente
Gram: desenvolvida no final do século XIX por Hnas Christian Gram numa tentativa de diferenciar o patógeno S. pneumoniae das células do tecido pulmonar humano. A técnica de coloração de Gram é uma coloração diferencial, ou seja, um procedimento que permite a distinção de grupos bacterianos baseados na habilidade dos mesmos em reter certos corantes.
Primeiro - Cristal violeta (CV), colore as células bacterianas de roxo escuro.
Lugol (solução de iodo): funciona como mordente, aumentando a interação entre a célula bacteriana e o primeiro corante, formando um complexo insolúvel, Cristal violeta – Iodo (CV-I).
Álcool: atua como descolorante
Segundo corante (contra corante): Safranina ou fucsina, que colore as bactérias Gram-negativas de rosa-avermelhado, mas não altera a cor roxa das bactérias Gram positivas.
Técnica de Ziehl-Neelsen (ácido-rápido) tem sido utilizada na identificação de micobactérias e no diagnóstico de tuberculose e lepra. Microbiologistas também utilizam técnicas de coloração especial que permitem a visualização de estruturas celulares como flagelos, cápsula, esporo e núcleo, dentre outras.