Genética bacteriana

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INTRODUÇÃO 
 
O DNA existe como uma hélice de fita dupla, 
mantidas pelo pareamento de bases nitrogenadas 
específicas (AT; CG). 
- A seqüência de bases codifica a 
informação genética; 
- A estrutura complementar do DNA permite 
a duplicação precisa do DNA durante a 
divisão celular. 
 
Gene é um segmento de DNA que codifica um 
produto funcional – a proteína. A seqüência de um 
gene é transcrita para produzir uma molécula 
específica de RNA, o RNAm. A informação do RNAm, 
então, é traduzida em uma seqüência específica de 
aminoácidos que formam uma proteína. 
 
Genótipo: informação genética do organismo; 
A célula bacteriana é a menor entidade viva 
auto-sustentável governada por informações 
genéticas. 
O Mycoplasma é a bactéria com menor 
genoma. 
Tamanho do genoma: vírus < bactéria < célula 
eucariótica 
 
Fluxo da informação genética 
 
ELEMENTOS CELULARES ENVOLVIDOS NA GENÉTICA BACTERIANA 
 
Bactérias: possuem só um cromossomo 
não possuem: membrana nuclear, aparelho mitótico, histonas e íntrons. 
 
 Nucleóide ou cromossomo bacteriano: DNA. Contem 
todas informações necessárias para a sobrevivência da 
célula e é capaz de autoduplicação. Seus genes podem 
ser transferidos associados a plasmídios, transposons e 
bacteriófagos. O cromossomo bacteriano é enrolado, 
espiralado e compactado. 
 DNA extra-cromossomal 
o Plasmídios 
 Moléculas extracromossomais circulares de DNA 
encontradas em muitas espécies bacterianas. 
 Podem ser removidos das células sob condições de 
estresse; 
 Conferem vantagens seletivas; 
 A replicação pode ocorrer 
durante a replicação 
bacteriana ou na conjugação; 
 Tipos de plasmídios: 
- Plasmídio de tipo sexual: são 
importantes para a transferência 
de plasmídios a uma célula 
receptora. São capazes de se 
integrar no cromossomo. 
- Plasmídios R: conferem 
resistência a antibióticos. 
Possuem o determinante de 
resistência e o fator de 
transferência de resistência RTF. 
Ex. Staphylococcus aureus. 
- Plasmídios Col ou 
bacteriocinogênicos: plasmídios 
capazes de produzir inibidores 
de crescimento de outras 
bactérias. Ex. Escherichia coli e Pseudomonas. 
- Plasmídios virulentos: favorecem a infecção em mamíferos. 
- Plasmídios de degradação: codificam enzimas degradativas. Ex. 
Pseudomonas; 
 
o Transposons 
- Segmentos de DNA móveis dentro do 
cromossomo; 
- Codificam caracteres não essenciais, 
não autoduplicam; 
- Transferem-se ligados a plasmídios e 
cromossomos podendo carrear genes 
próprios e cromossômicos; 
- Contém informação para a própria 
transposição; 
- Podem causar mutações; 
- Contém genes de resistência a 
antimicrobianos 
- Transposases: enzimas que permitem a 
transposição 
 
o Integrons 
- Segmentos de DNA fita dupla; 
- Capturam genes de resistência a drogas do citoplasma; 
 
 Pili ou fimbria sexual: apêndice relacionado com a troca de material genético 
durante a conjugação bacteriana. 
 
 Mesossomo: parecem estar ligados ao material nuclear da célula, estando 
envolvidos na replicação de DNA e na divisão celular. 
 
 Ribossomos: compostos de RNAr (60%) e proteínas (40%). Cerca de 80% dos 
ribossomos estão na forma de polirribossomos. 
 
 
ORGANIZAÇÃO E REGULAÇÃO DO GENOMA BACTERIANO 
 
A regulação da síntese protéica no nível genético é eficiente em termos 
energéticos, pois as proteínas são sintetizadas somente quando necessário. 
As enzimas constitutivas produzem em uma velocidade fixa. Ex. enzimas da 
glicólise. 
Para esses mecanismos reguladores genéticos, o controle é dirigido à síntese de 
RNAm. 
 Repressão 
- Controla a síntese de uma ou mais enzimas; 
- Quando as células são expostas a um produto final específico, a síntese das 
enzimas relacionadas aquele produto diminui. 
 
 Indução 
- Na presença de certas substâncias químicas, as células sintetizam mais enzimas; 
Ex. lactose presente  E. coli produz -galactosidase  degrada lactose; 
 
 Operon: 
- Grupo de genes estruturais regulados coordenadamente com funções 
metabólicas relacionadas e os sítios promotor e operador que controlam sua 
transcrição; 
- Sítio Operador permite que a RNA polimerase transcreva ou não a seqüência de 
genes (controle da transcrição) 
- Cada operon corresponde a uma via metabólica. 
- Os operons podem ser induzidos ou reprimidos. 
- No modelo de operon pra um sistema indutível, um gene regulador codifica a 
proteína repressora; 
- Quando o indutor está ausente, o repressor liga-se ao operador e não há síntese 
de RNAm. 
- Quando o indutor está presente, liga-se ao repressor, de modo que ele não pode 
se ligar ao operador, portanto, o RNAm é produzido e a síntese da enzima é induzida. 
- Em sistemas repressíveis, o repressor requer um co-repressor, de modo a ligar-se ao 
sítio operador, portanto, o co-repressor controla a síntese da enzima. 
Ex. Operon-LAC (Operon da Lactose) 
 
VARIABILIDADE GENÉTICA EM BACTÉRIAS 
 
As bactérias não têm reprodução sexual no mesmo sentido que os eucariontes. 
Assim, as bactérias não possuem: 
- Alternância de gerações; 
- Gametas; 
- Meiose; 
As bactérias apresentam dois mecanismos de variabilidade genética, a 
mutação ou a recombinação, a qual pode se dar por transformação, conjugação ou 
transdução. 
 
 Mutação: Alterações na seqüência de nucleotídeos podendo modificar o 
produto. São irreversíveis. 
o Ocorre durante a replicação do cromossomo bacteriano; 
o Podem ser neutras, desvantajosas ou benéficas; 
o Processo vertical; 
o Ocorrem ao acaso e, portanto podem aparecer bactérias com resistência a 
um antibiótico sem ter entrado em contato com este; 
o As mutações podem ser: 
 Puntiformes: resultado de substituições em pares de bases envolvendo 
apenas um ou alguns poucos nucleotídeos. 
 Por inserção: adição/ incorporação de uma ou mais bases 
 Por deleção: perda de uma ou mais bases 
 
 Recombinação: processo de variabilidade genética que envolve material 
genético exógeno. 
o Processo horizontal; 
o Ocorre durante os processos de conjugação, transformação ou transdução. 
 
o Transformação: transferência de um pedaço de DNA de uma célula morta 
para uma célula viva 
 
Em 1928, Griffith descobriu um Streptococcus pneumoniae sem cápsula, sendo 
que as colônias lisas eram aquelas de bactérias encapsuladas e as colônias rugosas 
eram de bactérias sem cápsula. 
Etapas da transformação: 
 Libertação do DNA do doador para o meio 
 A célula receptora deve estar competente e pode liberar fator de 
competência para células próximas; 
 A autolisina expõe a membrana às proteínas de ligação de DNA e 
endonucleases; 
 Adesão do DNA a uma célula 
receptora competente 
 Clivagem do DNA pelas 
endonucleases; 
 Clivagem por exonucleases → 
quebra das pontes de 
hidrogênio 
 Forma-se complexo eclipse: 
fita de DNA + proteína 
“protetora” 
 Passagem do complexo 
eclipse pela membrana 
plasmática; 
 DNA receptor + DNA doador → busca de locais de homologia; 
 Fita simples doadora une-se a fita homóloga receptora. 
A transformação natural ocorre apenas em alguns gêneros de bactérias, como 
por exemplo, Azobacter, Bacillus, Streptococcus neisseria e Thermus. 
 
o Transdução: Incorporação de DNA de outra célula bacteriana tendo como 
vetor um bacteriófago ou fago. 
No processo de formação de novas partículas virais, pode ser incorporado 
algum DNA do cromossomo da célula hospedeira. Quando estes vírus infectam 
novas células, a célula receptora pode adquirir nova informação genética. 
- Fago virulento: fago que leva a célula ao ciclo lítico (causa infecções); 
- Fago transdutor: fago com genoma da célula bacteriana incorporado (não 
causa infecção, pois só o capsídeo é dele; ele apenas transfere gene de uma 
célula para outra célula); 
Etapas da transdução 
 Infecção fágica; 
 Síntese de novos fagos; 
 Lise bacteriana e libertação de novos fagos; Produção e libertação de fagos defectivos; 
 Fagos defectivos injetam o DNA em novas células; 
 Recombinação; 
A transdução pode ser: 
- Generalizada: 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. 
A freqüência com que um determinado gene é transferido é baixa uma vez que 
cada partícula transdutora leva apenas um determinado fragmento de DNA (1 em 
103 ou 108 células recebem um determinado gene). 
 
 
 
 
 
Especializada: O exemplo mais bem conhecido e primeiramente descoberto foi a 
transferência de genes que codificam produtos envolvidos na degradação de 
galactose pelo fago 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 dgal (defectivas, contendo o gene gal), porque são 
incapazes de formar partículas virais maduras. Quando estas partículas infectam novas 
células, juntamente com fagos normais, pode haver a transferência de genes gal, a 
partir da infecção e lisogenização dos dois fagos. 
 
 
 
 
o Conjugação: Processo de transferência de DNA de uma bactéria para 
outra, envolvendo o contato entre duas células. 
A conjugação é mediada por um plasmídio, (fragmento circular de DNA, com 
capacidade para a auto-replicação), designado fator F. 
Nas bactérias Gram negativas, o plasmídio transporta genes que codificam a 
síntese de pili sexuais, isto é, projeções da célula doadora que entram em contacto 
com a receptora. 
Quando a célula porta um plasmídio de natureza F é denominada F+, 
doadora, enquanto células desprovidas de tais plasmídios são denominadas F-, 
receptoras. 
A conjugação requer o contato direto entre células geralmente de tipos 
sexuais opostos (F+/ F-). As células F+ são as doadoras e transmitem o plasmídio F às 
células receptoras, F-. 
A capacidade conjugativa está associada à presença de genes localizados 
em um operon denominado tra que conferem características envolvidas na 
conjugação como a síntese do pilus F, responsável pelo reconhecimento e contato 
entre as células e a transferência do DNA plasmidial. 
Uma das cadeias de DNA do plasmídio é transferida da célula F+ para a célula 
F-. 
Na célula doadora, F+, o plasmídio é replicado durante a transferência de uma 
das cadeias de DNA, no receptor a cadeia complementar é também depois 
sintetizada. 
Após a transferência a célula receptora passa a ser do tipo F+. 
Em algumas células que transportam o fator F, este se integra no cromossomo 
bacteriano, convertendo a célula F+ numa célula do tipo Hfr (Alta freqüência de 
recombinação). 
Quando a conjugação ocorre entre uma célula Hfr e uma célula F-, o 
cromossomo da célula Hfr (com o seu próprio Fator F integrado), replica-se e inicia-se 
a transferência de uma das cadeias do cromossomo para a célula receptora. 
Contudo não ocorre a transferência completa do cromossomo, já que os pili 
são frágeis e ocorre a sua quebra. É transferida apenas uma parte do cromossomo 
bacteriano, pelo que a célula receptora permanece F-. 
Quando integrados, esses plasmídios podem mobilizar a transferência de genes 
cromossomais também. 
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 circulo rolante, onde apenas uma das fitas é transferida, sendo a fita 
complementar sintetizada pela célula receptora.