Aula 4 (1)

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Profa. Dra. Raquel Dantas
Introdução
o Variabilidade Genética:
- Mecanismo pelo qual organismos evoluem ao
longo do tempo
- É através dela ocorre a evolução e adaptação
dos organismos ao ambiente
- As bactérias apresentam dois mecanismos de
variabilidade genética, que ocorrem durante a
transferência de material genético:
 A mutação e a Recombinação gênica
Introdução
o Como procariotos transferem genes?
Mutação Recombinação Gênica
Evolução: criação de novos alelos ao longo do tempo, 
micro-organismos mais adaptados ao ambiente
TVG THG
Introdução
Mutação
Recombinação 
Gênica
Novas 
características
Seleção Natural
Considerada boa 
para o micro-
organismo
Não é 
considerada boa
Adaptação ao 
ambiente 
Desaparece 
característica
Introdução
Adaptação 
Mutação
Recombinação 
Gênica
Novas 
características
Seleção Natural
Mutação
Mutação
o Alteração hereditária na sequência de bases do
genoma de um organismo
- É passada de célula-mãe para sua progênie
- Alterações: vantajosas ou prejudiciais; maioria é
neutra (sem efeitos)
- Mutante: alteração na sequência nucleotídica
em relação à sua linhagem parental (selvagem)
Genótipo mutante => Fenótipo mutante ou não
Mutação
Fenótipo mutante => característica genética da 
mutação é expressa
Mutação
o As mutações podem ser espontâneas ou induzidas
Espontânea
• Independe de
intervenção externa
Induzida
• Depende de uma
intervenção ambiental
externa
• Exposição à agentes
mutagênicos ou fatores
que geram pressão
seletiva
Mutação
Substituições de 
Pares de Bases
Alterações de fase 
de leitura
- Mutação pontual
- Reversões
- Inserções
- Deleções
Mutação
1) Substituições de Pares de Bases
- Mutação pontual: em um único par de bases
Mutação
1) Substituições de Pares de Bases
- Mutação pontual: em um único par de bases
Mutação
oReversões
- Mutações pontuais podem ser Reversíveis
Linhagem Revertente => FENÓTIPO perdido pelo 
mutante é restaurado
• Revertente de mesmo sítio: mutação reversa
ocorre no mesmo sítio da mutação original
- Restaura o gene e o fenótipo selvagem
• Revertente de segundo sítio: mutação reversa
em sítio diferente da mutação original, mas
também restaura o fenótipo selvagem
Mutação
oReversões
• Revertente de segundo sítio
Ex.: Mutação Supressora de RNAt
Mutação Original
+
Mutação Supressora
Fenótipo Selvagem
Mutação
2) Alterações de Fase de Leitura
- Inserções e deleções
• Uma base: alteram toda a sequência primária
do polipeptídeo codificado
• Três bases: adiciona ou remove códon inteiro
(não altera o quadro de leitura dos demais
códons)
Mutação
oMutagênese
• Agentes mutagênicos
- Químicos, físicos ou
biológicos
- Aumentar a frequência
de mutações (induzir)
Mutação
Substituição de Pares de Bases
Mutação
Substituição de Pares de Bases
Reagem com grupos
amino, carboxil e hidroxil
de proteínas e ácidos
nucleicos, substituindo
por grupos alquil
Maior frequência de mutação que os análogos de bases
Induzem mutação em moléculas de DNA que não se
encontram em replicação
Mutação
Alteração da Fase de 
Leitura
Inserem-se entre duas
pares de bases =>
conformação anormal
pode levar a inserções ou
deleções em moléculas
de DNA
Brometo de Etídio
Induzem mutação (inserções e deleções) durante a
replicação do DNA
Mutação
260 nm
Raios UV – dímero de pirimidinas
C-T
Recombinação 
Gênica
Recombinação Gênica
o Micro-organismos estreitamente relacionados, mas
que exibem diferentes fenótipos, possuem nítidas
diferenças no genoma
o Transferência Horizontal de Genes (THG), a partir
de mecanismos de Recombinação Genética
- Troca de elementos Genéticos Móveis
- Pangenoma vrs. Genoma cerne
• Genoma cerne
Presente em todos
• Pangenoma
Presença de elementos
genéticos móveis
Recombinação Gênica
Plasmídeos
Sequências de 
Inserção
Transposons
Integrons
Elementos genéticos 
móveis
Sistema de captura de genes
Ilhas 
cromossômicas
Blocos adicionais de genes 
cromossomais
Recombinação Gênica
• DNA dupla-fita circular livre na célula
• Replicação independente (própria origem de
replicação, porém dependem das enzimas)
Tamanho variado – 1Kb a 
mais de 1 Mb
Em E.coli já foram 
isolados cerca de 300 
plasmídeos diferentes
Menos de 5% do tamanho 
do cromossomo
Plasmídeos
Recombinação Gênica
• Genes não essenciais (vantagem adaptativa)
- Diferentes plasmídeos podem 
estar presentes 
- Vários plasmídeos iguais 
número de cópias
- Poucas cópias (1 a 3 cópias 
por célula) a mais de 100 
cópias
Plasmídeos
Recombinação Gênica
Contém genes necessários à conjugação
Fator F
F+ F-
- Tipos de Plasmídeos (quanto a fertilidade)
• Conjugativos (de fertilidade): Óperon tra (genes
para transferência do plasmídeo, por meio da conjugação -
célula F+)
• Não-conjugativos: ausência de tra
Plasmídeos
Recombinação Gênica
Contém genes necessários à conjugação
Fator F
- Tipos de Plasmídeos (quanto a fertilidade)
• Conjugativos (de fertilidade): Óperon tra (genes
para transferência do plasmídeo, por meio da conjugação -
célula F+)
• Não-conjugativos: ausência de tra
Plasmídeos
Recombinação Gênica
- Tipos de Plasmídeos (quanto à função)
 Plasmídeos de resistência (R), genes de resistência aos
antimicrobianos e outras substâncias
Tc, tetraciclina; Kan, canamicina; Sm, 
estreptomicina; Su, sulfonamida; Amp, 
ampicilina; e Hg, mercúrio.
Plasmídeos
Recombinação Gênica
 Plasmídeos de virulência, bactérias patogênicas
(doenças)
- Tipos de Plasmídeos (quanto à função)
Plasmídeos
Recombinação Gênica
 Plasmídeos de virulência, bactérias patogênicas
(doenças)
- Tipos de Plasmídeos (quanto à função)
Plasmídeos
Tumores em plantas
Agrobacterium sp.
Recombinação Gênica
Outros:
 Col-plasmídeos, genes de colicinas (bacteriocina)
 Plasmídeos degradativos, que permitem a digestão de
substâncias pouco habituais – enzimas degradativas (ex.:
toluol, ácido salicílico)
- Tipos de Plasmídeos (quanto à função)
Plasmídeos
Recombinação Gênica
o Elementos Genéticos Móveis
- Elementos transponíveis
• Movem-se como unidades, de um sítio a outro,
no interior de outras moléculas de DNA
(cromossomo ou plasmídeo) => Transposição
• Não possuem origens de replicação
• Encontrados em genomas dos três domínios
Bactérias: Transposons e Sequências de Inserção (IS)
Recombinação Gênica
Transposons e Sequências de Inserção (IS)
o Transposição:
- Gene tnp => enzima TRANSPOSASE
- Repetições terminais invertidas
Recombinação Gênica
Sequências de Inserção (IS)
o São mais simples e menores
- Cerca de 1.000 nt, com repetições invertidas de
10 a 50 pb (depende da IS)
- Apenas um gene => tnp (Transposase)
- Cromossomos, plasmídeos e bacteriófagos
- Linhagens individuais de mesma espécie
bacteriana podem variar em número e
localização
IS2 = 1.327 pb, com 
repetições invertidas = 41 pb
o Elementos compostos e maiores
- Apresenta genes acessórios entre IS (ex: genes
de resistência aos antimicrobianos)
Recombinação Gênica
Transposons
Tn5; 5,7 kpb, com IS50L e IS50R nas extremidades. Genes de 
resistência: kan: Canamicina; str: estreptomicina e bleo: bleomicina
Recombinação Gênica
1. Transposase reconhece e
cliva o DNA-alvo
2. Transposase liga o
transposon (ou IS) no DNA
3. Ocorre a duplicação das
sequencias que
flanqueiam o tnp
o Mecanismos de transposição
Recombinação Gênica
o Mecanismos de transposição
1. Transposase reconhece e
cliva o DNA-alvo
2. Transposase liga o
transposon (ou IS) no DNA
3. Ocorre a duplicação das
sequencias que
flanqueiam o tnp
Recombinação Gênica
o Mecanismos de transposição
- Plasmídeo para cromossomo (ou vice e
versa); entre plasmídeos; entre cromossomos
- 2 tipos: conservativa e replicativa
- Sistema de captura de cassetes gênicos
- Recombinação sítio-específica
- Não-móvel; cassetes gênicos são:
• Elemento genético móvel - contém um gene (ex.:
resistência) e um local de recombinação
• Incorporados em um integron ou livremente como
DNA circular
• Podem se mover dentro do genomade um
organismo ou ser transferidos para outro
organismo no ambiente por meio de transferência
horizontal de genes (recombinação)
Recombinação Gênica
Integrons
Recombinação Gênica
- 3 elementos dos integrons:
- intI (integrase, inserção e excisão dos cassetes
gênicos);
- attI e attC (locais de recombinação do integron e
do cassete gênico, respectivamente)
- Promotor Pc (expressão correta dos cassetes
gênicos)
Integrons
Integrase
Recombinação Gênica
- 3 elementos dos integrons:
- intI (integrase, inserção e excisão dos cassetes
gênicos);
- attI e attC (locais de recombinação do integron e
do cassete gênico, respectivamente)
- Promotor Pc (expressão correta dos cassetes
gênicos)
Integrons
Recombinação Gênica
Integrons
Recombinação Gênica
Exemplo: Integron de classe 1
blaVIM-1 => metalo-β-lactamase => Resistência aos 
carbapenêmicos
aadB => Resistência a gentamicina, tobramicina e canamicina
dfrA1 => Resistência trimetropima
orfC => Proteína de membrana
qacEΔ1 e sul1 => regiões conservadas (resistência ao brometo de 
etídio e sulfonamidas)
Integrons
Recombinação Gênica
o Ilhas cromossômicas
- Blocos adicionais de material genético no
cromossomo
- Genes para funções especializadas (não de
sobrevivência)
- Função de Virulência
Exemplo: Ilhas de patogenicidade
(536) e (073) linhagens patogênicas e
(K-12) linhagem selvagem
Círculo externo, verde (todas
linhagens); vermelho, (linhagens
patogênicas); azul, (536); laranja, (073)
1. ConjugaçãoI. Transformação
1. Conjugação
I. Transformação
 DNA livre no meio é incorporado ao genoma
- Fragmentos obtidos por células receptoras
Transformação 
natural
Induzida
Estado de competência
capacidade de capturar e integrar o DNA exógeno ao 
cromossomo
Acinetobacter, Bacillus, 
Streptococcus, 
Haemophilus, Neisseria e 
Thermus
E. Coli
Tratamento com íons 
cálcio ou eletroporação
1. Conjugação
I. Transformação
 DNA livre no meio é incorporado ao genoma
a)Ligação do DNA de dupla-fita por uma proteína de ligação ao 
DNA associada à membrana. (b)Passagem de uma das duas fitas 
para o interior da célula, enquanto a atividade de nuclease
degrada a outra fita; proteínas específicas se ligam a fita simples e 
a protege da ação de nucleases.
Transformação em bactérias Gram - positivas
1. Conjugação
I. Transformação
 DNA livre no meio é incorporado ao genoma
Transformação em bactérias Gram - positivas
(c) A recombinação homóloga no cromossomo bacteriano é 
mediada pela proteína RecA. 
(d)Célula transformada (substituição do DNA entre célula 
receptora e doadora) .
Obs: Bactérias Gram – negativas recebem DNA fita-dupla
1. ConjugaçãoII. Transdução
1. Conjugação
II. Transdução
 Bacteriófago transfere DNA entre células
- Duas formas: generalizada e especializada
- Exemplos: genes de resistência a atb (Salmonella
enterica sorovar typhimurium); genes para toxina Shiga
(E. coli); fatores de virulência (Vibrio cholerae); genes de
fotossíntese (cianobactérias)
GENERALIZADA
DNA de qualquer região do 
genoma do hospedeiro é 
empacotado no vírion
maduro, substituindo o 
genoma viral 
ESPECIALIZADA
região específica do 
cromossomo do hospedeiro é 
integrado no genoma viral –
geralmente substitui alguns 
dos genes virais
1. Conjugação
II. Transdução
 Ciclo Lítico
- Fago infecta a bactéria, apodera-se dela para
sintetizar inúmeros fagos, e então mata a célula
por explosão (Lise)
1. Conjugação
II. Transdução
Ciclo Lisogênico
- Fago infecta a bactéria e insere seu DNA no
cromossomo bacteriano, permitindo que o DNA
do fago seja copiado e transmitido pelo próprio
DNA da célula
1. Conjugação
II. Transdução
 Transdução generalizada
- Ciclo lítico  fagos líticos 
Incapazes de 
infecção 
viral
II. Transdução
 Transdução especializada
- Ciclo lisogênico – fagos temperados
Exemplo: genes de galactose pelo 
fago temperado lambda, de E. coli
1. Fago lambda lisogeniza E. coli,
(genoma viral integra ao DNA
bacteriano em sítio específico –
adjacente genes gal)
2. Indução, o DNA viral separa-se do
DNA hospedeiro por um processo
inverso à integração
3. Genes do Óperon galactose são
excisados junto ao genoma viral
III. Conjugação
1. Conjugação
III. Conjugação
 Acasalamento: contato direto entre células
- Codificado por plasmídeos conjugativos
- Plasmídeo F = região tra (genes para produção 
do pilus sexual)
- Célula doadora (F+)  receptora (F-)
III. Conjugação
Mecanismo de conjugação
Replicação do plasmídeo por círculo rolante
Proteína de replicação 
se liga à origem e cliva 
uma das fitas (TraI)
III. Conjugação
Mecanismo de conjugação
Proteína TraI
III. Conjugação
Mecanismo de conjugação
À medida que a transferência ocorre, a síntese de DNA repõe a fita
transferida na célula doadora, enquanto uma fita complementar é
sintetizada na célula receptora. Ao final do processo, célula doadora e
receptora terão plasmídeos completos.