Genética Bacteriana - vick_dpaula

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Microbiologia Victória de Paula Resumo de Aula 
GENÉTICA BACTERIANA 
Aula 1 
» A estrutura genética de uma célula procarionte é diferente de uma célula eucarionte. 
» E a característica mais marcante é que em procariotos não temos a membrana nuclear limitando o cromossomo, 
deixando-o espalhado pela célula 
» O cromossomo procarioto é uma molécula circular 
» O cromossomo está condensado, super enovelado, como exemplo das bactérias, em que o cromossomo chega a 
formar domínios. 
» É possível perceber a região do citoplasma quando o cromossomo está condensado, chamando-a de NUCLEÓIDE. 
Organização Genética – Arquitetura da Célula 
» Presença de Óperons 
o Genes que são relacionados são posicionados em sequência no DNA e são controlados por uma única região 
promotora 
o É característico de procariontes 
o A transcrição de um óperon produzirá um RNA mensageiro que possui mais de uma informação genética 
» RNAm Policistrônico 
o RNA mensageiro que possui mais de uma informação genética (produzido pelo óperon) 
o Aquele que codifica mais de uma proteína 
o “cístron” = seção do DNA que codifica proteína 
» Transcrição e Tradução acoplados = que acontecem simultaneamente 
o Na ausência da membrana nuclear, à medida que o RNAm é produzido, ribossomos associam-se ao RNAm e 
iniciam a síntese proteica 
o Tal evento faz com que a transcrição e a tradução aconteçam simultaneamente. 
Plasmídeos.: 
» Elementos extracromossomais 
» Molécula de DNA circular 
» Replicação independente do cromossomo 
» Não apresentam forma extracelular 
» Não abrigam genes essenciais a fisiologia 
» Conferem vantagens adaptativas 
» Alguns podem integrar o cromossomo (epissomos) 
» Mais de 300 são conhecidos em E. coli 
» Transferidos entre bactérias por conjugação 
Sequências de inserção (IS) e transposos (Tn) 
» São elementos genéticos transponíveis 
» As sequencias de inserção e os transposos podem saltar de elementos genéticos diferentes. 
» Eles podem saltar de um plasmídeo para um cromossomo e depois para um segundo plasmídeo, por exemplo. 
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» Sequencias de inserção são elementos genéticos mais simples, carregando um único gene, que é responsável pela síntese 
da enzima envolvida na transposição do elemento genético. 
» Transposons são elementos transponíveis mais complexos, carregando além dos genes que codificam a enzima responsável 
pela transposição do elemento genético, outras séries de informações genéticas. 
» Ex: Cassete de resistência a ATB’s – um segmento de DNA que contém genes associados a resistência a antibióticos. 
Transposons: 
» Contribuem para o aumento da variabilidade genética em procariontes 
» Facilitam a aquisição de genes 
» Facilitam rearranjos de genes 
» Não podem saltar entre células bacterianas 
A composição genética do plasmídeo 1 foi alterada pela aquisição de 2 
transposons 
O plasmídeo 1, que agora tem 2 transposons, pode ser transferido de uma 
célula bacteriana para a outra 
A composição genética da célula 2 foi alterada pela aquisição de 1 plasmídeo 
e 2 transposons 
Novo rearranjo genético na célula 2. 
A ação dos transposos levou a nova aquisição genética ao plasmídeo 1, e 
também, por ação conjunta de transposons e conjugação, a composição 
genética da célula 2 também foi alterada. 
 
Transferência vertical de genes: os genes são transferidos de uma célula ancestral para as células descendentes por 
meio de replicação do genoma e divisão celular 
 
Transferência horizontal de genes: os genes são transferidos para células contemporâneas por meio de transformação, 
transdução ou conjugação. 
» Transformação: mecanismo de transferência genética na qual a célula receptora será capaz de capturar moléculas 
de DNA, que são encontradas como contaminantes do ambiente (livres no ambiente). 
» Transdução: uma partícula viral será usada como meio de transporte da informação genética bacteriana que será 
transferida para a célula receptora. 
» Conjugação: mecanismo de transferência mais eficiente; transferência do plasmídeo de uma bactéria para a outra. 
Transformação genética 
» Se inicia pela capacidade da célula receptora em ligar moléculas de DNA, que são ligadas por proteínas de superfície da 
célula receptora, que são especializadas no reconhecimento de DNA. 
o Geralmente o DNA capturado pela célula receptora pertence a mesma espécie ou gênero bacteriano. As 
proteínas de superfície reconhecem esse DNA que será chamado de DNA transformante. 
» Transporte do DNA transformante para a célula receptora. Que ocorrerá de maneira que apenas uma fita de DNA será 
transportada para dentro do citoplasma. 
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» Enquanto o transporte é realizado, uma nucleasse degrada uma das fitas do DNA. 
» O DNA de fita simples, no citoplasma da célula receptora precisa sofrer recombinação homologa e passa a fazer parte 
da estrutura. (ex: cromossomo, que no final terá um DNA transformante incorporado a ele) 
» A transformação bacteriana foi inicialmente estudada por Griffth em 1928, que produziu um experimento que mostrou 
a transformação de pneumococo avirulento em pneumococo virulento. 
» As diferenças entre as linhagens de pneumococos virulentos e avirulentos se dá pela presença ou ausência de capsula 
» O ponto alto do experimento foi quando Griffith inoculou pneumococos avirulentos vivos e pneumococos virulentos mortos 
na mesma cobaia, onde a mistura gerou a produção da doença e morte das cobaias. 
» Era possível recuperar do sangue das cobaias mortas o pneumococo virulento vivo. 
» Os resultados do experimento foram interpretados da seguinte forma: 
» Os pneumococos virulentos mortos perdiam a sua estrutura celular, liberando DNA no meio, esse DNA continha 
informações genéticas para a expressão da capsula. 
» Tais segmentos de DNA poderiam ser capturados por pneumococos avirulentos vivos, sofrendo assim um processo de 
transformação e tornando-se virulentos. 
Transdução Generalizada 
» Na transdução, a partícula viral que será utilizada como veículo para transporte de informações genéticas é uma partícula 
viral defeituosa. 
» É possível a ocorrência de uma partícula viral carregando informação genética bacteriana por causa do ciclo lítico de 
replicação viral, onde no final haverá a lise da célula bacteriana liberando as partículas virais. 
» Durante o ciclo de replicação do fago, podem ocorrer erros na montagem das partículas virais, levando ao aparecimento 
de capsídeos virais contendo dentro informações genéticas bacterianas. 
» As partículas virais defeituosas são incapazes de realizar um novo ciclo de replicação viral, e são conhecidas como 
partículas transdutoras, que servirão apenas como meio de transporte, carregando informação genética da célula doadora 
para a célula receptora. 
» As partículas virais defeituosas conseguem interagir com células bacterianas, injetando o material genético na célula 
bacteriana receptora. 
» Quando injetado na célula bacteriana, o fragmento de DNA bacteriano pode sofrer recombinação homologa com um 
elemento genético da célula bacteriana, como por exemplo um cromossomo. E a partir da recombinação homologa, teremos 
que um fragmento de DNA trazido pela partícula viral defeituosa está agora integrado ao cromossomo da célula bacteriana. 
» O evento de transdução realizado por fagos que executam o ciclo lítico é conhecido como transdução generalizada. 
» Fagos também podem operar no Ciclo Lisogênico, onde a lise da célula bacteriana pode ser adiada pois o DNA do fago 
será incorporado ao DNA do cromossomo da célula bacteriana, onde se manterá em latência, inativo, sendo chamado de 
profago. 
» Com o profago dentro da célula bacteriana, ela se divide normalmente, replicando o seu DNA junto com o profago. 
» Quando o profago é ativado, assume uma forma extracromossomal, onde dará inicio ao ciclo de replicação viral, conduzido 
de forma lítica. 
» O ciclo lisogênico permite um evento chamado de transdução especializada, muitosemelhante a transdução generalizada. 
» As duas tem em comum: 
» O transporte da informação genética da célula doadora para a célula receptora é conduzido por uma partícula viral 
» Diferente: 
» Na transdução especializada o segmento de DNA bacteriano é um segmento conhecido; um segmento de DNA bacteriano 
que estava ao lado do profago. Por isso o nome de transdução especializada. 
Conceitos para fixação: 
1. Óperon: genes relacionados, posicionados em sequência no DNA que são controlados por uma única região promotora 
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2. RNA policistrônico: RNA mensageiro que possui mais de uma informação genética (produzido pelo óperon) 
3. Plasmídeo: elementos extracromossomais; DNA circular; replicação independente do DNA bacteriano. 
4. Transposon: elementos transponíveis mais complexos, carregando além dos genes que codificam a enzima responsável 
pela transposição do elemento genético, outras séries de informações genéticas. 
a. Contribuem para o aumento da variabilidade genética em procariontes 
b. Facilitam a aquisição de genes 
c. Facilitam rearranjos de genes 
5. Cassete de resistência: um segmento de DNA que contém genes associados a resistência a antibióticos. 
6. Transferência genética horizontal: os genes são transferidos para células contemporâneas 
7. Transformação: mecanismo de transferência genética na qual a célula receptora será capaz de capturar moléculas de 
DNA, que são encontradas como contaminantes do ambiente (livres no ambiente). 
8. Transdução: uma partícula viral será usada como meio de transporte da informação genética bacteriana que será 
transferida para a célula receptora. 
9. Ciclo Lítico vs. Lisogênico: ambos os ciclos possuem o transporte de material genético por partículas virais, mas no ciclo 
lisogênico, o material genético é conhecido, por vir do segmento bacteriano ao lado do profago. 
Aula 2 
Conjugação 
» É o mecanismo de transferência genética horizontal no qual plasmídeos são transferidos de uma bactéria para a outra 
(lembrar da imagem) 
» Em algumas situações pode transferir para a célula receptora, fragmentos do cromossomo. 
o A transferência de fragmentos do cromossomo ocorre quando temos um plasmídeo conjugativo que sofreu 
recombinação homóloga com o cromossomo, integrando-se assim ao cromossomo. 
o Quando o processo de conjugação é iniciado, ocorre a quebra de uma das fitas e sua transferência para a célula 
receptora. 
o Dessa forma, a transferência por ciclo rolante levará a transferência de parte do cromossomo da célula 
bacteriana. 
o A parte do cromossomo transferida para a célula receptora terá de sofrer recombinação com seu cromossomo. 
» Plasmídeos que são integrados ao cromossomo podem promover a alta frequência de recombinação em células receptoras. 
Ciclo Rolante: uma fita do plasmídeo será cortada e 
transferida para a célula receptora, à medida que a fita 
é transferida, na célula receptora ocorre a síntese de 
uma fita complementar. 
Conjugação em Gram negativos 
» Em Gram negativos, a conjugação é mediada por uma estrutura de superfície específica, o Pili conjugativo. 
» O pili é uma estrutura móvel e ativa, que se estende da célula doadora até a célula receptora. 
o Depois de encontrar a célula receptora, o pili sofrerá retração e colocará as duas células em contato íntimo. 
Onde ocorrerá a fusão de membranas e a formação de um poro (ou ponte) de conjugação. 
o Por essa ponte, uma cópia do plasmídeo da célula doadora será transferida para a célula receptora. 
Como o Pili conjugativo funciona? 
1. Vasculha o ambiente em busca de outra célula bacteriana para iniciar o processo de conjugação 
2. Quando encontra uma célula bacteriana, conecta-se a ela 
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3. É iniciado o processo de retração para promover maior contato entre a célula doadora e a célula receptora. 
 
Conjugação em Gram positivos 
» Em Gram positivos, a aproximação das bactérias para conjugação ocorre de forma passiva e o contato é mediado por 
proteínas localizadas na superfície da bactéria. 
o Depois das células Gram positivas formarem o poro de conjugação, uma fita do plasmídeo será transferida para 
a célula receptora por meio do ciclo rolante. 
o À medida que a fita é transferida, ocorre síntese de material complementar na célula receptora e também na 
célula doadora. 
o Ao final do processo, as duas células possuirão uma cópia do plasmídeo 
Consequências da Conjugação 
» Em 1958 foi identificado o plasmídeo R100, recuperado de um isolado de Shigella, que provocava uma infecção intestinal 
resistente a ação de vários antibióticos. 
» Com a descoberta do plasmídeo R100, passamos a ver que os plasmídeos do tipo R determinam resistência a múltiplos 
antibióticos 
o Portam genes de resistência que codificam: 
 Enzimas modificadoras de ATB’s (modificam antibióticos e os fazem perder a eficiência) 
 Hidrolases (enzimas que quebram antibióticos) 
 Bombas de efluxo (maquinarias moleculares que tem a função de bombear para fora da célula 
bacteriana possíveis antibióticos) 
» A descoberta do plasmídeo R100 mostrou que a conjugação pode promover a dispersão de genes de resistência entre 
bactérias. 
O plasmídeo R100, isolado na espécie Shingella, poderia ser transmitido por conjugação entre espécies Gram negativas, como por 
exemplo a E. coli, Klebsiella, Proteus e Salmonella. 
Plasmídeo R100 
» Carrega cassetes de resistência 
» Possui a sequencia “tra”, responsável pelo pili de conjugação. 
» Possui dois transposons (IS1 e IS10), que carregam cassetes de resistência 
o IS1: resistência a 3 tipos de antibióticos 
 Sulfonamida (sul) 
 Estreptomicina (str) 
 Clorafenicol (cat) 
 Além de produzir resistência ao íon mercúrio 
o IS10: expressa uma bomba de efluxo contra tet. 
 Resistência a Tetraciclina (tet) 
Resistência é um fenômeno natural. Cepas de E. coli, congeladas desde 1946, portadoras do plasmídeo R100, tinham resistência a 
estreptomicina e tetraciclina. 
Atualmente, o consumo de antibióticos tem aumentado a pressão seletiva, selecionando bactérias que portam plasmídeos de 
resistência. 
Aumentando assim a quantidade de bactérias portadoras de resistência, e facilitando a conjugação de tais bactérias. 
Microbiologia Victória de Paula Resumo de Aula 
Consumo desmedido de Penicilina 
 Levou a seleção e aumento de cepas de gonococos resistentes 
 Obrigou a troca do antibiótico para tratamento da gonorreia, passando a ser utilizado cefalosporina de 3ª geração 
 Penicilina também era usada para o tratamento de sífilis 
Dispersão global de Enterobactérias produtoras de Carbapenemases codificadas por plasmídeos 
Metanol β-lactamase Nova Deli 1 (NDM-1) 
» Suécia 2008 – paciente previamente hospitalizado 
em Nova Deli 
» 2013: identificada em todos os continentes, 
incluindo Brasil. 
 
KPC 
» 2005 USA 
» Maio de 2010 Brasília 
A partir do primeiro relato, o gene KPC passou a ser encontrado em outras 9 espécies bacterianas que provocavam infecções 
hospitalares em Brasília. 
O mesmo aconteceu com o gene NDM, que foi inicialmente identificado em uma espécie em junho de 2013, e rapidamente se 
espanhol para 7 outras espécies. 
» A dispersão de genes de resistência conduzida pela conjugação pode ocorrer em qualquer ambiente, podendo ser 
hospitalar, intestino humano, qualquer ambiente aquático como rios, esgotos. 
» A conjugação que leva a dispersão de genes de resistência pode ocorrer entre espécies patogênicas a humanos ou 
comensais, integrantes da microbiota intestinal ou cutânea. 
» O que facilita a conjugação o crescimento de espécies resistentes, sejam elas patogênicas ou não, é a presença de 
antibiótico. 
o Em qualquer um desses ambientes, a presença de antibiótico promoverá pressão seletiva, e a pressão seletiva 
irá selecionar bactérias portadoras de plasmídeos de resistência, e, portanto, são resistentes a aquele 
antibiótico. 
» As bactérias portadoras destes plasmídeos aumentarão em número e se tornarãocada vez mais frequentes naquele 
ambiente no qual ocorre a pressão seletiva por antibiótico. 
Dessa forma, com o aumento da pressão seletiva por antibióticos, torna-se cada vez mais frequente o isolamento de cepas 
resistentes, estas espécies existentes podem ser patogênicas ou não. 
Mesmo que as cepas não sejam patogênicas aos humanos, servirão de reservatório dos plasmídeos de resistência, e poderão 
posteriormente transferi-los para espécies patogênicas. 
» Importante lembrar que antibióticos são empregados em outras atividades humanas que não a medicina. Como exemplo 
temos a produção de carne para consumo humano, que utiliza quantidades expressivas de antibiótico, sendo bem maiores 
do que as quantidades utilizadas para o tratamento de infecções em humanos. 
» Os antibióticos utilizados na produção animal, para promover o crescimento, acabam por contaminar o ambiente e toda a 
cadeia produtiva de carne, chegando até o consumidor final, o homem. 
» O uso de antibióticos em outras atividades que não a medicina apenas aumenta a contaminação ambiental por antibióticos, 
produzindo também pressão seletiva e seleção de bactérias resistentes no ambiente onde o antibiótico é empregado. 
Questões pata fixação 
1. Características dos plasmídeos 
a. Elementos extracromossomais 
Microbiologia Victória de Paula Resumo de Aula 
b. Molécula de DNA circular 
c. Replicação independente do cromossomo 
d. Não apresentam forma extracelular 
e. Não abrigam genes essenciais a fisiologia 
f. Conferem vantagens adaptativas 
g. Alguns podem integrar o cromossomo (epissomos) 
h. Mais de 300 são conhecidos em E. coli 
i. Transferidos entre bactérias por conjugação 
2. Passos da conjugação 
a. Conjugação em Gram negativos 
i. Em Gram negativos, a conjugação é mediada por uma estrutura de superfície específica, o Pili 
conjugativo. 
ii. Depois de encontrar a célula receptora, o pili sofrerá retração e colocará as duas células em contato 
íntimo. Onde ocorrerá a fusão de membranas e a formação de um poro (ou ponte) de conjugação. 
iii. Por essa ponte, uma cópia do plasmídeo da célula doadora será transferida para a célula receptora. 
b. Conjugação em Gram positivos 
i. Em Gram positivos, a aproximação das bactérias para conjugação ocorre de forma passiva e o contato 
é mediado por proteínas localizadas na superfície da bactéria. 
ii. Depois das células Gram positivas formarem o poro de conjugação, uma fita do plasmídeo será 
transferida para a célula receptora por meio do ciclo rolante. 
iii. À medida que a fita é transferida, ocorre síntese de material complementar na célula receptora e 
também na célula doadora. 
iv. Ao final do processo, as duas células possuirão uma cópia do plasmídeo 
3. Dinâmica de pili conjugativo 
a. Vasculha o ambiente em busca de outra célula bacteriana para iniciar o processo de conjugação 
b. Quando encontra uma célula bacteriana, conecta-se a ela 
c. É iniciado o processo de retração para promover maior contato entre a célula doadora e a célula receptora. 
4. Seleção e dispersão de resistência: Por meio de Plasmídeo R100 
a. Carrega cassetes de resistência 
b. Possui a sequência “tra”, responsável pelo pili de conjugação. 
c. Possui dois transposons (IS1 e IS10), que carregam cassetes de resistência 
d. IS1: resistência a 3 tipos de antibióticos 
i. Sulfonamida (sul) 
ii. Estreptomicina (str) 
iii. Cloranfenicol (cat) 
e. Além de produzir resistência ao íon mercúrio 
f. IS10: expressa uma bomba de efluxo contra tet. 
i. Resistência a Tetraciclina (tet) 
 
5. Uso racional de ATB’s: o uso de antibióticos sempre selecionará cepas resistentes, portadoras de plasmídeos de 
resistência.