MICROBIOLOGIA GENÉTICA BACTERIANA

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JULIA NUNES MICROBIOLOGIA – AULA 3 MED 104 – III P 
• A informação genética vai gerenciar todas as funções vitais da bactéria, 
determinando sua expressão proteica, perfil enzimático, e então os ambientes que a 
bactéria vai tolerar, os nutrientes que vai conseguir metabolizar, etc 
• “toda a informação necessária à vida está armazenada no material genético de um 
indivíduo” 
A informação genética pode ser utilizada de duas formas: 
 
❖ Entre as gerações de células filhas: no processo de multiplicação – por replicação 
(duplicação de material genético, aumento da estrutura bacteriana e depois a 
divisão, formando 2 bactérias idênticas (sem variabilidade genética) 
❖ No interior de uma célula: a partir do processo de expressão gênica (processo pelo 
qual a informação hereditária contida em um gene, tal como a sequência de DNA, é 
utilizada de modo a formar um produto génico funcional, tal como proteínas ou RNA – a 
informação codificada em um gene é decodificada em uma proteína). Primeira etapa é a 
transcrição, com a formação de RNA mensageiro, e depois a tradução, com a formação de 
proteína 
❖ Então, as células bacterianas, quando encontram condições favoráveis, se multiplicam, e, 
dentro delas mesmas, fazem a expressão gênica, dando origem a proteínas específicas para 
determinadas funções vitais, mantendo a viabilidade da célula 
 
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DNA 
❖ Filamento duplo 
❖ Cadeia de polinucleotídeos 
❖ A formação do nucleotídeo é bem característica – açúcar desoxirribose, associado a 
um grupo fosfato e uma base nitrogenada 
❖ Bases nitrogenadas – adenina, timina, citosina e guanina 
❖ Elas se ligam de forma complementar A-T; C-G 
❖ Adenina se liga à timina por ligação do tipo dupla de pontes de hidrogênio e 
citosina à guanina por ligação tripla de pontes de H 
 
 
RNA 
❖ Filamento único 
❖ Açúcar é uma RIBOSE; possui fosfato; é associada a bases nitrogenadas, com a 
diferença que a timina dá lugar à URACILA no RNA mensageiro 
❖ É o produto da primeira etapa da expressão gênica 
 
 
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❖ RNAm (mensageiro) - responsável por levar a informação do DNA do núcleo até o 
citoplasma, onde a proteína será produzida. Como o RNA é uma cópia fiel de uma das 
fitas de DNA, é a partir dessa informação que o RNA mensageiro irá determinar quais 
são os aminoácidos necessários para a formação de determinada proteína, pois ele 
possui as trincas (códons) de bases nitrogenadas que definem cada aminoácido 
❖ RNAr (ribossomal) – faz parte da constituição dos ribossomos. É nos ribossomos que a 
sequência de bases do RNA mensageiro é interpretada e a proteína, de fato, 
sintetizada O ribossomo percorre a molécula de RNAm, interpretando-a. É formado por 
2 estruturas (subunidade maior – 50s e menor – 30s). Quando elas se juntam, forma o 
ribossomo 70s, formação típica de procariotos – excelente alvo terapêutico no combate de 
infecções bacterianas, pois quando utilizamos um antimicrobiano que atinge esse 
ribossomo, inibimos a síntese de proteínas, já que é o RNA ribossômico que lê a molécula 
de RNA mensageiro 
❖ RNAt (transportador) - também é produzido a partir de uma fita do DNA. Esse RNA é 
assim chamado porque ele é o responsável por transportar os aminoácidos que serão 
utilizados na formação das proteínas até os ribossomos – ele traz o aminoácido 
correspondente ao códon por meio do anticódon, formando a cadeia polipeptídica 
(proteína) 
 
 
ARMAZENAMENTO DA INFORMAÇÃO GENÉTICA BACTERIANA 
❖ MATERIAL CROMOSSÔMICO: cromossomo essencial (conjunto de informações 
imprescindíveis para a manutenção da viabilidade da célula) 
❖ MATERIAL EXTRACROMOSSÔMICO (plasmídeo): cromossomo adicional – como a 
resistência a antimicrobianos 
*quando falamos em essencial e adicional, estamos considerando ambientes não restritivo, como 
ambientes sem antimicrobianos, pois se houvesse a presença dele, o material extracromossômico 
seria essencial 
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CROMOSSOMO ESSENCIAL 
❖ DNA circular de fita dupla 
❖ Haploide 
❖ Apesar de não estar dentro de um núcleo, não fica solto aleatoriamente no citoplasma, tem 
um lugar específico (nucleoide) 
❖ Replicação semelhante ao material genético dos eucariotos – semi-conservativa – dentro da 
fita de DNA duplo, um molde da fita é utilizado para a produção de novas moléculas de 
DNA ou expressão gênica 
❖ O tamanho é muito maior do que a própria célula bacteriana – então ele precisa ficar muito 
bem condensado. Por isso, ele sofre tantos enovelamentos que fica parecendo um fio no 
final do processo (mesmo sendo circular) 
❖ Existem proteínas que funcionam como as histonas dos eucariotos – juntam o filamento, 
que agora parece um cordão, juntando suas partes, condensando ainda mais 
❖ Antimicrobianos que atuem inibindo essa condensação levam a bactéria à morte, pois ela 
acaba rompendo pelo fato do material ser muito maior do que ela 
 
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❖ Existem particularidades em relação à composição desse material genético – seu tamanho é 
variável, já que as bactérias são muito diferentes uma das outras em relação ao ambiente 
em que suportam viver, nutrientes que metabolizam e etc 
❖ Ex: Mycoplasma spp – 580 kbp (kilo pares de base) – 475 genes potenciais (que carreiam 
informação útil); E. coli – 4639 kbp – 4288 genes potenciais. O mycoplasma não tem parede 
celular, é intracelular obrigatório, por isso é restrito a determinados ambientes; já a e. coli 
não, por isso o tamanho aumentado de seu material genético 
❖ Organização em operons (permite que as bactérias expressem sua informação genética de 
maneira particular e OTIMIZADA) – economizam energia 
 
CROMOSSOMO ADICIONAL 
❖ DNA fita dupla circular 
❖ Replicação independente – quando os genes são ativados, a informação que está ali se 
auto-regula, independente do material cromossômico 
❖ Não é essencial para sobrevivência sob condições não restritivas 
❖ EXEMPLO: material que apresenta resistência a determinadas estruturas – nesse DNA há 
diferentes informações genéticas, que quando transcritas/traduzidas, geram uma proteína 
que confere resistência a essas estruturas 
 
❖ Dentro do ambiente hospitalar, existem ainda bactérias que não carreiam apenas 
informações de resistência a antimicrobianos, mas também a, por exemplo, desinfetantes 
utilizados na esterilização desses ambientes, à luz UV, etc. Por isso existem 
microorganismos tão difíceis de serem eliminados desses espaços 
 
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EXPRESSÃO GÊNICA 
❖ Modelo semi-conservativo 
❖ Seja no material cromossômico, seja no extracromossômico, a expressão gênica acontece, e 
de forma independente 
❖ As etapas do processo de síntese das proteínas são reguladas pelos genes. Expressão 
gênica é o nome do processo pelo qual a informação contida nos genes (a sequência do 
DNA) gera produtos gênicos, que são as moléculas de RNA (na etapa de transcrição gênica) 
e as proteínas (na etapa de tradução gênica) 
❖ TRANSCRIÇÃO: é a produção do RNAm através do DNA. Nessa primeira fase a molécula de 
DNA se abre, e os códigos presentes no gene são transcritos para a molécula de RNA. 
A enzima polimerase do RNA se liga a uma das extremidades do gene, separando as fitas 
de DNA e os ribonucleotídeos livres se emparelham com a fita de DNA que serve de molde. 
U com A (Uracila-RNA e Adenina-DNA), 
A com T (Adenina-RNA e Timina-DNA), 
C com G (Citosina-RNA e Guanina-DNA) 
G com C (Guanina-RNA e Citosina-DNA) 
 
❖ TRADUÇÃO: A cadeia polipeptídicaé 
formada pela união de aminoácidos 
segundo a sequência de nucleotídeos do RNAm. Essa sequência do RNAm, 
denominada códon, é determinada pela sequência de bases da fita do DNA que serviu de 
molde. Desse modo, a síntese de proteínas é a tradução da informação contida no gene, 
por isso se chama tradução gênica 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CONCEITOS IMPORTANTES 
❖ GENE é um segmento de DNA que contém a informação necessária para codificar uma 
proteína 
❖ OPERON é uma organização estrutural típica de genomas procarióticos, na qual duas ou 
mais sequências codificadoras de produtos gênicos estão sob o controle transcricional de 
um mesmo conjunto de sequências reguladoras. Em um operon, as sequências 
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codificadoras são transcritas em um único RNA, chamado de mRNA policistrônico. Ou seja, 
2 ou mais genes (que tem o mesmo produto final; são interligados; trabalham numa mesma 
via) vão ser transcritos ou traduzidos de forma simultânea pelo mesmo processo 
❖ PROMOTOR é uma sequência específica de DNA reconhecida pela RNA polimerase; ela se 
liga a ele, para começar a transcrever 
❖ OPERADOR é uma sequência específica de DNA reconhecida pelas proteínas repressoras 
❖ REGIÃO CODIFICADORA é uma porção do gene que inclui sequências que serão 
transcritas e traduzidas em proteínas (a informação que importa para a produção da 
proteína) 
❖ TERMINADOR é uma sequência de DNA que marca o final da transcrição do gene ou 
operon 
 
O sistema de operon pega 1 ou mais genes que tem a mesma função / o produto da expressão 
deles é importante numa via só – e transcreve/traduz eles de forma simultânea, formando apenas 
1 RNAm, otimizando então o gasto de energia. 
Apenas bactérias apresentam esse tipo de RNA. 
 
REGULAÇÃO GÊNICA 
Dentro desse modelo de expressão gênica, existe o processo de regulação (vai regular a expressão 
– quando determinado gene vai ser expresso e quando não), para que a bactéria não gaste 
energia à toa – não há a necessidade de produzir tal gene se ele não vai ser de importância para 
ela naquele momento. A regulação funciona sobre 2 tipos de genes: 
❖ GENES CONSTITUTIVOS X GENES REGULADOS: os genes constitutivos precisam estar 
regularmente ativados; constantemente expressos; pois o produto da expressão deles vai 
estar ligado a informações vitais da célula bacteriana, como nutrição e metabolismo. Já os 
genes regulados podem estar ou não ativados/expressos, pois eles estão relacionados às 
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condições do meio (os componentes que estão naquele meio, os componentes que vão ser 
necessários ou não, etc) 
❖ SISTEMA DE REPRESSÃO E INDUÇÃO: no sistema de repressão, a atividade de 
determinado gene vai ser reprimida (estava ativado constantemente, por ser vital, e vai ser 
desativado, devido a adição do produto desse gene no meio). No modelo de indução, o 
gene estava desativado, pois não era vital, e passa a ficar ativado devido à necessidade 
momentânea dele 
 
 
Exemplo da figura 1: bactéria estava gastando energia, produzindo o aminoácido arginina, que é 
essencial para ela. Mas em algum momento, a disponibilidade de arginina no meio aumenta 
muito, então ela suspende a produção, para que não haja desperdício de energia, já que ela pode 
usar o componente do meio 
Exemplo da figura 2: o gene que produz a enzima B- Galactosidase não estava sendo expresso (já 
que não havia lactose no meio, portanto não havia necessidade da produção do gene da enzima 
que metaboliza esse açúcar), mas, a partir de determinado momento, a lactose foi adicionada 
naquele meio, fazendo com que fosse necessária a reativação desse gene para que o açúcar 
pudesse ser utilizado 
 
❖ INDUÇÃO – OPERON LAC – é o operon lactose. Existem enzimas que precisam ser 
codificadas de forma simultânea para que consigam quebrar a lactose. Então se temos 
genes que, para atuar sobre determinado componente, precisam ter expressão conjunta, 
eles vão estar agrupados no modelo operon 
Em azul – os genes que vão ser 
transcritos/traduzidos (gene LAC Z, gene LAC 
Y, gene LAC A) na presença de lactose. Cada 
gene desse vai expressar uma enzima que vai 
atuar na metabolização da lactose 
Como as proteínas repressoras atuam? Se 
ligam à região operadora, impedindo que a 
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RNA polimerase faça a transcrição dos genes, não havendo a formação do RNAm (no caso de 
ausência de lactose no meio) 
Se há a presença de lactose – a lactose se liga 
à proteína repressora, deixando a região 
operadora livre para que a RNA polimerase 
possa atuar, formando, no final, as enzimas 
que, atuando juntas, conseguem metabolizar a 
lactose 
 
 
 
 
 
❖ REPRESSÃO – OPERON TRP – (triptofano) 
Na repressão, o gene está ativado, pois o produto daquela expressão gênica é vital para a bactéria, 
mas há a sua inativação devido agora à presença daquele produto no meio. 
Para a produção do triptofano, são necessários 5 genes. Então se a bactéria precisa do triptofano, 
e não há presença dele no meio, a bactéria terá que produzí-lo. Para isso, os genes vão estar 
ativos, a região operadora estará livre para que a RNA polimerase possa passar e realizar seu 
trabalho. Todos os genes vão ser transcritos, com a formação do RNA policistrônico e posterior 
tradução. 
Se há a presença do triptofano no meio – ele vai funcionar como um co-repressor, se ligando à 
proteína repressora, de forma que esse conjunto tenha afinidade pela região operadora, 
impedindo o processo de expressão gênica. 
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MECANISMOS DE VARIABILIDADE GENÉTICA 
❖ Como vimos anteriormente, o mecanismo de duplicação das bactérias não gera 
variabilidade genética, pois são geradas células filhas idênticas 
❖ Então qual é o mecanismo de variabilidade genética nos procariotos? Como elas 
conseguem diferenciar o material genético? E qual é a importância dessa variabilidade para 
a adaptação dessas bactérias aos diferentes meios? 
❖ A variabilidade delas está diretamente relacionada à adaptação e evolução delas 
❖ Alterações genotípicas são importantes para gerar variabilidade e contribuir, assim, para o 
processo de evolução dos microorganismos 
❖ Evolução requer variabilidade 
❖ Face a uma mudança brusca no meio ambiente, as bactérias e outros microorganismos 
possuem um conjunto de mecanismos geradores de alterações genéticas que 
conduzem a variantes, fornecendo-lhes assim a possibilidade de contornar situações 
que ponham em risco a sua sobrevivência 
❖ Microorganismos que possuem uma variabilidade maior, são mais adaptados, mais 
evoluídos, e, por isso, mais abundantes 
 
MECANISMOS DE TROCA DE MATERIAL GENÉTICO 
❖ TRANSFORMAÇÃO: a célula bacteriana adquire material genético exógeno de uma 
bactéria que veio à morte 
❖ CONJUGAÇÃO: envolve a participação de 2 bactérias vivas e metabolicamente ativas, que 
vão compartilhar material genético do tipo extracromossômico (plasmídeo) 
❖ TRANSDUÇÃO: envolve a participação de vírus que as infectam (bacteriófagos) e acabam 
inserindo um material genético diferenciado 
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Esses processos permitem que elas alterem a composição do seu material genético, permitindo a 
elas uma maior adaptação aos mais variados ambientes 
 
- aprofundamento 
TRANSFORMAÇÃO – DNA livre é incorporado em uma célula receptora 
Requerimentos para que ela ocorra 
❖ Bactérias tem de ser TRANSFORMÁVEL (capacidade de inserir aquele material para dentro) 
❖ Células em estado de COMPETÊNCIA (inserirde forma correta o material, sem a perda de 
informações nesse processo) 
❖ Presença de DNA livre no meio 
 
 
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TRANSDUÇÃO – transferência de DNA de uma célula para outra por 
meio da ação de um vírus 
 
❖ O bacteriófago (vírus que infecta bactéria) insere seu material genético na célula bacteriana 
e, a partir dessa inserção, o vírus vai alterar o gerenciamento da célula bacteriana, fazendo 
com que ela trabalhe em função das reações virais, produzindo componentes virais, 
replicando o material genético, etc, para dar origem a novos bacteriófagos 
❖ Na formação desses novos bacteriófagos, pode haver a formação de uma partícula 
transdutora (contendo DNA bacteriano), ao invés de ter condensado material viral, 
condensa, acidentalmente, material bacteriano também 
❖ Quando essa partícula transdutora for fazer uma nova infecção, vai injetar material genético 
bacteriano em uma outra célula bacteriana, gerando então uma variabilidade no DNA dessa 
célula, e não partículas virais (que é o objetivo dela) 
 
CONJUGAÇÃO – processo de transferência de DNA que requer o 
contato entre as 2 células bacterianas 
❖ É a mais frequente. A transformação e a transdução são mais raras. 
 
Requerimentos para que ela ocorra 
❖ Contato entre as células 
❖ Envolve uma célula doadora que possui o plasmídeo conjugativo (fator de fertilidade) e 
uma célula receptora 
❖ Em E. coli, a célula doadora é denominada F+ (tem o plasmídeo conjugativo) e a célula 
receptora F- (não tem) 
 
COMO OCORRE: 
❖ Envolve a participação do PILUS (estrutura que liga essas 2 células); esse pilus é formado 
quando a célula doadora expressa a informação contida no plasmídeo F 
❖ Ocorre a retração do pilus (encurtamento), com a aproximação das duas 
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❖ Fusão das membranas das células com a passagem do plasmídeo F da célula doadora para 
a receptora 
❖ Conforme ele vai sendo passado para a célula receptora, ele vai sendo autoduplicado, 
formando uma fita dupla 
❖ No final do processo, vamos ter 2 células F+, ou seja, agora vão ser 2 células capazes de 
conjugar (doadoras), e assim vai, essa população de bactérias doadoras e capazes de 
compartilhar informação genética, entre elas informação de resistência 
OBS: O material extracromossômico (plasmídeo) é um auto replicon (se replica sozinho, se 
expressa sozinho) 
OBS: então, dentre os processos de variabilidade genética, a conjugação é o principal e acaba 
sendo o mais preocupante, principalmente pela alta disseminação de plasmídeos de resistência, 
que vão atrapalhar de maneira significativa o tratamento terapêutico. 
 
 
APLICABILIDADE DISSO TUDO EM LABORATÓRIO 
IDENTIFICAÇÃO DE MICROORGANISMOS 
❖ Testes genotípicos: buscar diretamente a informação genética naquele microorganismo 
(extrai o DNA, leva para laboratório) – qual é a bactéria, se apresenta genes de resistência 
❖ Testes fenotípicos: se baseiam na expressão do gene; na forma que ela cresceu. Ex: se ela 
fermenta determinado açúcar 
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