Genética dos micro-organismos (1)

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO CEARÁ 
FACULDADE DE VETERINÁRIA – FAVET 
MONITORIA DE GENÉTICA ANIMAL 
 
Monitoras: Jéssica Silva e Helen Cristina 
 
Genética dos micro-organismos 
A análise genética dos micro-organismos possibilitou que pesquisadores sondassem a 
natureza química dos genes e seus produtos. Para os pesquisadores, os micro-organismos 
possuem diversas vantagens que facilitam o seu estudo, entre estas vantagens destacamos 
o seu tamanho, sua velocidade de reprodução que possibilita a formação de grandes 
colônias em pouco tempo. Outra vantagem é que eles conseguem crescer em ambientes 
bioquimicamente definidos, além disso, possuem estrutura e fisiologia relativamente 
simples. 
 
1. Genética dos vírus 
É a simplicidade dos vírus que os torna recursos de pesquisa ideais para análise genética. Quando 
infectam bactérias os chamamos de bacteriófagos, desta forma, destacamos dois principais, são 
eles: 
 Bacteriófago T4: do tipo virulento 
Usa o maquinário metabólico da célula hospedeira para se multiplicar e destrói a célula 
durante esse processo. 
 Vírus grande cujas informações genéticas são armazenadas em uma molécula de 
DNA bifilamentar acondicionada em um capsídeo. 
 Possui aproximadamente 168.800 pares de bases e contém cerca de 150 genes. 
 Sua estrutura: 
Seu cerne oco é um canal usado para injetar o DNA do fago na bactéria. A bainha 
contrátil da cauda atua como um pequeno músculo que se contrai e impele o cerne da 
cauda através da parede da bactéria. As seis fibras da cauda são usadas para localizar 
receptores na célula hospedeira, e as espículas da cauda na placa basal ligam-se com 
firmeza a esses receptores. 
 É um fago lítico, ou seja, quando infecta uma bactéria, replica-se e destrói 
 a célula hospedeira, produzindo 
cerca de 300 vírus por célula 
infectada. 
 Suas mutações: 
Podem ser termossensíveis, ou seja, consegue crescer em temperaturas muito 
variadas como de 20ºC a 45°C 
Outro tipo de mutação é a que altera o tamanho e o formato de suas placas formada 
pelos fagos no seu ponto de encontro com a célula que será infectada. Estas placas 
podem ser grandes ou pequenas, podem ter bordas bem ou mal definidas, e assim por 
diante. 
 Bacteriófago lambda (λ): do tipo temperado 
Pode destruir a célula hospedeira ou fazer uma associação especial com o hospedeiro e 
replicar seu genoma junto com o genoma da célula hospedeira a cada duplicação celular. 
 Menor que o bacteriófago T4, no entanto, possui um ciclo de vida mais complexo. 
 Possui aproximadamente 50 genes em uma molécula de DNA bifilamentar com 
48.502 pares de bases de comprimento. 
 Seu cromossomo pode seguir por duas vias: 
Ciclo lítico: durante o qual se reproduz e codifica enzimas que destrói a célula 
hospedeira; 
Lisogênica: na qual é inserido no cromossomo da bactéria hospedeira e, depois, é 
replicado junto com esse cromossomo. 
 
 
 
2. Genética das bactérias 
As bactérias contêm genes que sofrem mutação e produzem fenótipos alterados. A transferência 
gênica em bactérias é unidirecional, ou seja, ocorre das células doadoras para as receptoras. As 
informações genéticas das bactérias são armazenadas em um único cromossomo em um único 
cromossomo principal, que carrega alguns milhares de genes. Estes cromossomos são circulares. 
As células bacterianas também contêm um número variável de “minicromossomos” chamados 
plasmídios e epissomos. 
 Plasmidios: 
São moléculas de DNA circulares de replicação autônoma que têm de três a várias centenas 
de genes. Algumas bactérias contêm até 11 diferentes plasmídios além do cromossomo 
principal. 
 Epissomos: 
São semelhantes aos plasmídios, mas a replicação dos epissomos pode ser autônoma ou 
ocorrer como parte do cromossomo principal.
 
 Transferência gênica das bactérias 
A reprodução das bactérias é assexuada por fissão simples, e cada célula-filha recebe uma 
cópia do cromossomo. Desta forma, elas são monoploides, mas multinucleadas, isso quer 
dizer que célula geralmente contém duas ou mais cópias idênticas do cromossomo. 
Um processo semelhante a reprodução sexuada ocorre nas bactérias, este processo é 
chamado de parassexuado. Este processo de recombinação implica na transferência de 
genes de uma bactéria para outra, que é podemos chamar de transferência gênica 
unilateral. 
A recombinação em bactérias geralmente ocorre entre um fragmento de um cromossomo 
(da célula doadora) e um cromossomo completo (na célula receptora). 
 
Três processos parassexuados ocorrem nas bactérias, são estes: 
 Transformação: 
Captação de moléculas livres de DNA liberadas de uma bactéria, ou célula doadora, por 
outra bactéria, ou célula receptora. 
 Conjugação: 
Transferência direta de DNA de uma célula doadora para uma célula receptora. 
 Transdução: 
Envolve a transferência de genes de uma célula doadora bacteriana para uma receptora 
com o auxílio de um bacteriófago, assim, os genes transferidos são carreados pelo fago. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Variabilidade genética 
A variabilidade genética diz respeito às alterações ocorridas na sequência de 
nucleotídeos na molécula de DNA, sendo esta a principal fonte de mudança 
evolutiva. Produzem novos alelos nos organismos, alguns espontaneamente, 
outros como resultado da exposição à radiação e substâncias químicas do 
ambiente. 
A recombinação gênica e a mutação 
A recombinação gênica é a mistura de genes entre indivíduos de uma mesma 
espécie. Aumenta a variabilidade primariamente produzida pela mutação. 
A mutação corresponde a alterações hereditárias na sequência do DNA. É a 
fonte primária de variabilidade. É considerada um fenômeno comum entre os 
microrganismos e tem caráter evolutivo, apesar de ser “danoso” para os 
mesmos. Algumas bactérias têm maior capacidade de mutação. 
Porém, ambos os processos estão envolvidos com a variabilidade genética 
dos indivíduos. Assim, pode-se dizer que mutação e a recombinação agem 
em conjunto. Enquanto, a mutação modifica o DNA. A recombinação promove 
a mistura entre os genes modificados entre dois indivíduos. 
 
Os tipos de mutações são: 
• Espontânea: falhas no mecanismo de replicação (1 para 105 a 108), também 
denominada de mutação por deslocamento da fase de leitura, onde um ou 
alguns pares de nucleotídeos são suprimidos ou inseridos no DNA (Indel); 
• Induzida: ocorre pela exposição aos agentes mutagênicos (ioniza o DNA). 
Radiação (raios ultravioleta, raios X, raios gama): Análogos de base (5 
bromouracil, 2 aminopurina); Corantes, antibióticos, metais pesados, drogas, 
calor etc. 
Mutações pontuais envolvem um ou poucos pares de bases, onde estas são 
substituídas. São classificadas em: 
• Mutação de sentido trocado (missense): altera a proteína formada, Se a 
substituição de base resultar na substituição de um aminoácido na proteína 
sintetizada; 
• Mutação sem sentido (nosense): quando a alteração resulta em um códon de 
parada; 
• Mutação silenciosa: também conhecida como mutação neutra, pois mesmo 
alterando uma base, a proteína não é alterada. 
Mutações silenciosas comumente ocorrem quando um nucleotídeo é 
substituído por outro no DNA, em especial em uma localização correspondente 
à terceira posição do códon do mRNA. Devido à degeneração do código 
genético, o novo códon resultante ainda pode codificar o mesmo aminoácido. 
Ainda que um aminoácido seja alterado, a função da proteína pode não se 
modificar se o aminoácido não estiver em uma porção vital da proteína, ou for 
muito semelhante quimicamente ao aminoácido original. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Genes mutantes em bactérias 
As bactérias crescem em meio líquido, com frequência exigindo aeração, ou na 
superfície de um meio semissólido contendo ágar. Se for cultivada em meio 
semissólido, cada bactéria divide-se e cresce de maneira exponencial, 
produzindo uma colônia visível na superfície do meiode cultura. O número de 
colônias surgidas em uma placa de cultura pode ser usado para estimar o 
número de bactérias existentes originalmente na suspensão aplicada à placa. 
Cada espécie bacteriana produz colônias com cor e morfologia específicas. 
Serratia marcescens, por exemplo, produz um pigmento vermelho, com 
formação de colônias vermelhas distintas. Mutações nos genes das bactérias 
podem modificar tanto a cor quanto a morfologia da colônia. Além disso, 
qualquer mutação que reduza a velocidade de multiplicação da bactéria leva à 
produção de colônias pequenas ou petites. Algumas mutações alteram a 
morfologia da bactéria sem modificar a morfologia da colônia. Além desses 
mutantes para cor e morfologia da colônia, outros tipos de mutantes foram úteis 
em estudos genéticos de bactérias 
1. Mutantes com bloqueio da capacidade de utilizar fontes específicas de 
energia. 
Escherichia coli de tipo selvagem consegue usar praticamente qualquer açúcar 
como fonte de energia. No entanto, alguns mutantes não conseguem crescer 
no açúcar do leite, a lactose. Outros mutantes não conseguem metabolizar 
galactose e outros, a arabinose. A nomenclatura padrão para descrever esses 
e outros tipos de bactérias mutantes usa abreviaturas de três letras com 
sobrescritos correspondentes. Nos fenótipos, a primeira letra é maiúscula; nos 
genótipos, as três letras são minúsculas e em itálico. Portanto, E. coli de tipo 
selvagem é fenotipicamente Lac + (capaz de usar lactose como fonte de 
energia) e genotipicamente lac + . Os mutantes incapazes de usar lactose 
como fonte de energia são fenotipicamente Lac – e genotipicamente lac – (às 
vezes, apenas lac). 
2. Mutantes incapazes de sintetizar um metabólito essencial 
E. coli de tipo selvagem consegue crescer em meio (meio mínimo) contendo 
uma fonte de energia e alguns sais inorgânicos. Essas bactérias conseguem 
sintetizar todos os metabólitos necessários – aminoácidos, vitaminas, purinas, 
pirimidinas etc. – a partir dessas substâncias. As bactérias de tipo selvagem 
são denominadas prototróficas. Quando ocorre uma mutação em um gene que 
codifica uma enzima necessária para a síntese de um metabólito essencial, a 
bactéria mutante passa a ter uma nova exigência para se multiplicar. Ela se 
desenvolve se o metabólito for acrescentado ao meio de cultura, mas não se 
multiplica na ausência dele. Esses mutantes são denominados auxotróficos; 
necessitam de nutrientes auxiliares para seu crescimento. Como exemplo, E. 
coli de tipo selvagem é capaz sintetizar triptofano de novo; essas bactérias são 
fenotipicamente Trp + e genotipicamente trp + . Os auxotróficos para triptofano 
são Trp – e trp – 
3. Mutantes resistentes a fármacos e antibióticos 
E. coli de tipo selvagem são destruídas por antibióticos como ampicilina e 
tetraciclina. Fenotipicamente são Amp s e Tet s. Os alelos mutantes que 
tornam E. coli resistente a esses antibióticos são designados amp r e tet r, 
respectivamente. As bactérias que têm esses alelos mutantes conseguem 
crescer em meio contendo os antibióticos, mas as bactérias de tipo selvagem, 
não. Assim, os antibióticos podem ser usados para selecionar bactérias 
carreadoras de genes para resistência. Os genes de resistência atuam como 
marcadores selecionáveis dominantes. 
Recombinação genética 
Troca de genes entre duas moléculas de DNA para formar novas combinações 
de genes em um cromossomo, resultando na alteração no genótipo que ocorre 
pela aquisição desse material genético. 
 
 
 
 
 
 
 
Recombinação genética por crossing over. DNA exógeno pode ser inserido em um 
cromossomo através da quebra e religamento deste cromossomo. Esse processo pode inserir 
um ou mais genes no cromossomo 
A transferência ocorre de duas maneiras: 
• Processo vertical: ocorre quando os genes são passados de um organismo 
para seus descendentes. As plantas e os animais transmitem seus genes por 
essa forma de transmissão. 
• Processo horizontal: Ocorre durante transformação, transdução e conjugação. 
As bactérias podem passar seus genes não somente para seus descendentes, 
como literalmente para 5 outros micróbios da mesma geração. A transferência 
gênica horizontal entre bactérias ocorre de muitas formas. Em todos os 
mecanismos, a transferência envolve uma célula doadora que dá uma porção 
de seu DNA total para uma célula receptora. Uma vez transferido, parte do 
DNA do doador geralmente é incorporada ao DNA do receptor; o restante é 
degradado por enzimas celulares. A célula receptora que incorpora o DNA 
doador em seu próprio DNA é denominada de recombinante. A transferência 
de material genético entre as bactérias não é um evento freqüente; pode 
ocorrer em apenas 1 % ou menos de toda uma população. 
A recombinação genética contribui para a diversidade genética de uma 
população, que é a fonte da variação evolutiva. Nos organismos altamente 
evoluídos, como nos micróbios atuais, a recombinação provavelmente é mais 
benéfica do que a mutação, já que a recombinação apresenta uma menor 
probabilidade de destruir a função de um gene e pode reunir combinações de 
genes que permitem ao organismo realizar uma nova função importante 
 
 Resistência aos antimicrobianos 
As mutações e transferências de genes de resistência através da 
transformação, transdução e conjugação geram alterações genéticas e isso 
leva a resistência. Como por exemplo o Mycobacterium tuberculosis resistente 
a rifampicina, devido especialmente, ao envelope hidrofóbico, que impede a 
passagem de muitos compostos. Outros determinantes do potencial de 
resistência, como por exemplo, enzimas hidrolíticas, são codificados pelo 
genoma; 
A resistência pode ser: 
• Natural: faz parte das características biológicas primitivas da célula. 
Caracteriza uma determinada espécie e compões a herança genética 
cromossômica. Ex: bactérias gram negativas que são resistentes a penicilina G 
• Adquirida: Para adquirir resistência, a bactéria deve alterar seu DNA, material 
genético, que ocorre de duas formas: 
1. indução de mutação no DNA nativo; 
2. introdução de um DNA estranho - genes de resistência - que podem ser 
transferidos entre gêneros ou espécies diferentes de bactérias. 
Os genes de resistência quase sempre fazem parte do DNA de plasmídeos 
extracromossômicos, que podem ser transferidos entre microrganismos. Alguns 
genes de resistência fazem parte de unidades de DNA denominadas 
transposons que se movem entre cromossomos e plasmídeos transmissíveis. 
O DNA estranho pode ser adquirido mediante transformação, resultando em 
trocas de DNA cromossômico entre espécies, com subsequente recombinação 
interespécies. 
• Cruzada: Resistência cruzada é a resistência a dois ou mais agentes 
microbianos similares, por meio de um mecanismo comum. A ação da (3-
lactamase proporciona um bom exemplo de resistência cruzada. Em muitos 
casos, uma enzima que vai decompor um antibiótico (3-lactâmico também irá 
decompor vários outros antibióticos (3-lactâmicos. A presença de tal enzirna 
daria a um microrganismo resistência a todos os antibióticos que ela puder 
decompor. 
O Covid 19 
O Sars-CoV-2, vírus causador da Covid-19, é capaz de selecionar e deletar 
pequenas partes de sua sequência genética para "fugir" de anticorpos. Uma 
vez que essas mutações acontecem, os anticorpos não conseguem se 
apoderar do vírus. Como a molécula que geralmente detecta erros na 
replicação do Sars-CoV-2 não consegue corrigir essas novas transformações, 
chamadas de deleções, as mutações ficam cimentadas no material genético, 
formando novas variantes do vírus. (Recurrent deletions in the SARS-CoV-2 
spike glycoprotein drive antibody escape, McCarthy et al., 2021).