Genetica microbiana

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RECOMBINAÇÃO BACTERIANA:
I. CROMOSSOMOS E PLASMÍDEOS BACTERIANOS
 
Mapa Genético
- Os genes da E. coli foram inicialmente mapeados pode meio da conjugação, porém esta não permite a ordenação dos genes, dessa forma, o mapeamento detalhado dos genes do cromossomo da E. coli foi realizado empregando a transdução generalizada mediada pelo bacteriófago P1.
- A transformação foi bastante ineficiente em E. coli, mas é extremamente eficiente no mapeamento das Gram-positivas. Assim, a transformação se mostrou eficiente no mapeamento do gene Bacillus, uma bactéria Gram-positiva modelo.
- O sequenciamento de cromossomos microbianos relativamente pequenos, de tres a quatro megabases, é atualmente realizado de forma rotineira, por meio do sequenciamento automático de clones aleatórios ou inespecíficos. Em virtude da quantidade de dados, as informações obtidas a partir de análises genômicas são gerenciadas por meio de bancos de dados computacionais. (Originou a BIOINFORMÁTICA.)
- A E. coli foi usada como procarioto modelo, muitos fatores favoreceram esse uso da E. coli como ferramenta de estudos de bioquímica, genética e fisiologia bacteriana.
- A análise das sequências do cromossomo de E. coli revelou que mais de 70% das 2.584 unidades transcricionais preditas ou conhecidas contém apenas um único gene. Somente cerca de 6% dos operons possuem 4 ou mais genes.
- Análise genômica da E. coli demostraram que elas receberam pelo menos parte do seu genoma por transferência lateral (horizontal) de genes, a partir de outros organismos. A transferência lateral difere da vertical, na qual os genes se movem da célula-mãe para a célula-filha. De fato estimou-se que 20% dos genes da E. coli é oriundo de transferências laterais.
- A transferência lateral de genes pode promover alterações de larga escala no genoma de um organismo. Por exemplo, existem linhagens de E. coli qe apresentam genes de virulência situados em grandes regiões instáveis do cromossomo (ilhas de patogenicidade), as quais podem ser adquiridas por transferência horizontal.
- A transferência lateral de genes não resulta em um gene casa vez maior. Muitos dos genes adquiridos dessa maneira não conferem vantagem seletiva, sendo assim perdidos por deleção. Isso mantém o cromossomo do mesmo tamanho ao longo do tempo.
Transposons
- Os transposons são pequenos segmentos de DNA que podem se mover de uma região para outra do mesmo cromossomo, ou para um cromossomo diferente ou para um plasmídeo. 
- Os transposons são encontrados nos principais cromossomos do organismo, em 
plasmídeos e no material genético dos vírus. Eles variam de simples (sequências de 
inserção) a complexos (contendo genes além dos envolvidos com a replicação do próprio 
transposon).
- Os transposons complexos podem transportar qualquer tipo de gene, incluindo genes de 
resistência a antibióticos, e assim, são um mecanismo natural para mover genes de um 
cromossomo para outro. 
Plasmídeos: Princípios Gerais
- Plasmídeos: São elementos genéticos que se replicam independentemente do cromossomo do hospedeiro. Contrariamente ao vírus, os plasmídeos não exibem uma forma extracelular, sendo encontrados no interior das células na forma de um DNA livre, normalmente circular. Se diferem do cromossomo por carrear apenas genes não essenciais.
- A maioria dos plasmídeos em bactérias Gram-negativas replicam-se de forma similar aquela descrita para o cromossomo. O processo envolve iniciação em uma origem de replicação e a replicação bidirecional em torno do círculo. Todavia, alguns plasmídeos realizam replicação unidirecional, com uma única forquilha de replicação.
- Devido ao pequeno tamanho do DNA plasmidial em relação ao cromossomo, o plasmídeo é rapidamente replicado, talvez correspondendo a um décimo do tempo necessário para a divisão celular.
- A maioria dos plasmídeos das bactérias Gram-positivas, e alguns de bactérias Gram-negativas de Archaea, replicam-se pelo mecanismo de círculo rolante, que ocorre empregando-se um intermediário de fita simples. A maioria dos plasmídeos lineares replicam-se utilizando uma proteína ligada a extremidade 5' de cada fita, como iniciador para a síntese de DNA.
- Algumas bactérias podem conter vários tipos de plasmídeos diferentes (Borrelia burgdorferi – agente etiológico da doença de Lyme - contém 17 plasmídeos circulares distintos).
- A capacidade de dois plasmídeos se replicarem em uma mesma célula é controlada por genes plasmidiais que regulam a replicação do DNA. Quando um plasmídeo é transferido para uma célula que já contem outro plasmídeo, muitas vezes esse segundo plasmídeo pode ser perdido durante a replicação celular subsequente. Caso isso ocorra, os dois plasmídeos são caracterizados como incompatíveis.
Tipos de Plasmídeos
- Embora não possuem genes essenciais as células, eles possuem genes que exercem profunda influência no fenótipo da célula hospedeira. Em alguns casos eles codificam propriedades relacionadas a ecologia da bactéria (ex: A capacidade do Rhizobium interagir com as plantas e formarem os nódulos radiculares de fixação de N requer determinadas atividades plasmidiais).
- Plasmídeos de Resistência (Fator R): conferem resistência a antibióticos e vários outros inibidores de crescimento. Foram descobertos no Japão, na década de 1950, em linhagens de bactérias entéricas que adquiriram resistência a antibióticos do tipo sulfanalamida. Assim que essas linhagens resistentes foram encontradas foi demostrado que elas eram capazes de transferir a resistência para linhagens sensíveis, por meio de contato intercelular. Em geral os genes de resistência codificam proteínas que inativam o antibiótico ou protegem a célula por algum outro mecanismo.
- Plasmídeos de Patogenicidade ou Virulência: São capazes de provocar doenças (1) capacidade do patógeno ligar-se a, e colonizar tecidos específicos dos hospedeiros e (2) a síntese de compostos (toxinas, enzimas e outras moléculas) que promovem danos ao hospedeiro. (ex: Linhagens de E. coli são caracterizadas pela capacidade de colonizar o intestino delgado, onde produzem uma toxina que causa diarreia. Alguns fatores de virulência são codificados por outros tipos de elementos móveis, como transpósons e bacteriófagos.