Genética Bacteriana: Hereditariedade e Variabilidade

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Genética Bacteriana
Prof: Dr. Bruno Jaegger Laranjeira
Microbiologia I
Genética (do grego genno; fazer nascer) é a ciência dos da hereditariedade e da variabilidade dos organismos.
Definição
RNA
Proteína
 Genoma:
 Informação genética contida em uma célula;
 Organizado em cromossomos;
 Cromossomos:
 Estruturas contendo DNA, que transportam fisicamente a informação hereditária;
 Contêm os genes;
 Genes: segmentos de DNA que codificam os produtos funcionais (proteínas)
Genética Bacteriana
Os microrganismos apresentam elevadas velocidades metabólicas.
Em algumas horas várias gerações podem surgir
Ex: E. coli: 3 gerações em 1 hora.
clones
Procariotos - A Célula Duplica o Material Genético Antes da Divisão Celular
 Cromossomal (NUCLEÓIDE):
Fita dupla circular
 4.500 kb
Informações essenciais
DNA Bacteriano
 Funções:
 Codificação de informações;
 Variabilidade;
 Hereditariedade
 Extra-cromossomal:
 Plasmídeos:
Fita dupla circular ou linear;
2 a 200 kb;
Informações adicionais (não essenciais):
Fertilidade;
Resistência a antimicrobianos, íons e metais pesados;
Produção de bacteriocinas;
Produção de toxinas;
Utililização de carboidratos;
DNA Bacteriano
A variabilidade está associada a duas propriedades:
Genótipo: potencial total herdado
Procariotos: cromossomo + qualquer DNA presente;
Eucariotos: cromossomo + DNA organelas.
Fenótipo: expressão de uma porção do genótipo
ex. Azomonas spp. 
meio com sacarose: colônias mucosas.
meio sem sacarose: colônias secas.
Variabilidade em microrganismos
Mutações
 Alterações hereditárias na sequência de nucleotídeos de um gene.
- Geralmente resultam em pequenas alterações genéticas
 Recombinação genética
Elementos genéticos contidos em dois genomas diferentes são reunidos numa unidade.
- Provoca alterações mais significativas.
Variações no genoma microbiano
COMO DETECTAR MUTAÇÕES?
Mutantes resistentes crescendo dentro de uma zona de inibição
Mutações
As bactérias podem testar bilhões de mutações em pequenos intervalos de tempo.
O ser humano deve levar cerca de 25 anos para testar uma mutação.
Mecanismos:
substituição de pares de bases (nucleotídeos): pontual
proteína neutra		
proteína defeituosa
proteína incompleta
Adição ou perda de bases
proteínas não funcionais
		
Variações genotípicas
Mecanismos das mutações: troca de pares de bases
Agentes mutagênicos
Mutagênicos químicos
 Análogos de base
Ex: 5-bromouracil (análogo de T)
 Agentes químicos que reagem com o DNA
Ex: Ácido nitroso
 Agentes alquilantes
Brometo de etídio: Inserção entre 2 pb
2) Mutagênicos físicos
 Radiações não ionizantes - UV (formação de dímeros de T)
 Radiações ionizantes - Raio X e gama (quebra da cadeia DNA)
3) Mutagênicos biológicos – elementos de transposição
Análogos de bases, reativos com o DNA
Radiações
As bases absorvem fortemente radiação UV (260 nm é a mais letal)
 mutações ocorrem com exposição prolongada.
Radiações ionizantes causam: efeitos a curto prazo.
Elementos de Transposição Bacteriana
 Segmentos de DNA capazes de se transpor de uma posição do genoma para outra;
 Recombinação não-homóloga:
 Elementos IS (Sequências de Inserção):
< 2kb;
Só apresentam o gene que codifica a transposase;
Sua integração pode levar à: 
Interromper seqüências ou regiões reguladoras de codificação;
Alterar a expressão de genes próximos.;
Causar deleções e inversões no DNA;
Resultado de crossing-over
 
Elementos de Transposição Bacteriana
 Transposon (Tn):
> 2kb;
Elemento genético móvel que pode carrear diferentes genes (resistência e/ou virulência), além do gene da transposase;
 Tipos de características transferíveis:
Resistência a antimicrobianos;
Fatores de virulência;
Biossíntese da arginina; 
 
Seqüência de inserção
transposição
Enterotoxina
Gene de resistência a antibióticos ou produção de toxinas
Seqüência de inserção
transposição
Elementos de Transposição Bacteriana
 Mecanismos de tranposição:
Clivagens no DNA do sítio alvo de inserção e nas extremidades do transposon
Ligação das extremidades do transposon às fitas simples do DNA-alvo
Preenchimento das lacunas formadas
 
Formação de um novo genótipo através da troca de material genético entre DNAs.
Ocorre entre dois cromossomos homólogos.
eucariotos: MEIOSE
procariotos: RECOMBINAÇÃO
Recombinação genética
1. Transformação:
Griffith: 1928 
Natureza: DNA livre
(evento marcante na biologia)
Recombinação genética
Ocorre através de três processos:
- transformação, conjugação e transdução.
Transformação
2. Conjugação
Lederberg & Tatum (1946)
	Experimentos delineados para determinar se as bactérias realizam processos sexuais.
contato entre células
plasmídeo ou cromossomo
Recombinação genética
Recombinação Genética
 Conjugação
Nogueira & Silva Filho, 2010
3. Transdução
Lederberg and Zinder (1951)
Estudava a conjugação em outras bactérias além da E. coli e percebeu que os eventos não necessitavam de contato intercelular, mas não era uma transformação.
vírus como vetor
Recombinação genética
Transdução generalizada
Baixa frequência de transferência
Regulação da expressão gênica:
PROTEÍNAS REGULADORAS : Capacidade de ligar-se a regiões do DNA próximas aos promotores ( Promotor - Sequência de DNA que se liga à RNA polimerase).
CONTROLE POSITIVO : A iniciação da transcrição em resposta à ligação de uma molécula ativadora.	 
CONTROLE NEGATIVO : A prevenção da transcrição por uma proteína repressora.
Regulação gênica
 Centenas de reações enzimáticas ocorrem durante um único ciclo de crescimento.
	Necessidade de regulação das atividades:
 -Melhor utilização dos recursos, com menor dispêndio de energia.
Regulação da transcrição (indução enzimática)
Operon: unidade completa de expressão gênica
Ex: utilização da lactose 
(alolactose)
Regulação da transcrição (repressão enzimática)
Ex: síntese de arginina 
Obrigado!