AULA 10 - Genética bacteriana

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LORRANE BRAGA RANGEL LXIX - UFG 
Importância do conhecimento dos mecanismos 
envolvidos em genética bacteriana: 
1. Função dos genes = função celular 
2. Sistema simples – interferências para outros 
organismos 
3. Isolamento e duplicação de genes de outros 
organismos 
4. Produtores de antibióticos, fermentações, 
plásticos, anti-tumorais e outros agentes de 
interesse industrial → a principal fonte de 
novas drogas antimicrobianas são as próprias 
bactérias 
5. Causadores de doenças 
6. Combater a resistência adquirida aos 
antibióticos 
Alterações fenotípicas x genotípicas 
 Fenotípicas por regulação da expressão gênica 
→ produção de proteínas que a bactéria já era 
capaz de produzir com o seu material genética 
 Genotípicas por mutação ou recombinação → 
produção de proteínas distintas das que já 
eram produzidas 
 Variabilidade fenotípica – todas as células 
possuem um potencial de genes, mas nem 
todos estão sendo expressos, fator esse que 
podem ser alterados pelo meio ambiente 
 
Estruturas das proteínas 
 Estrutura primária – sequência de aminoácidos 
 Estruturas secundárias – dobras feitas pelas 
proteínas (beta e alfa hélices) → é determinado 
pela sequência dos aminoácidos 
 Estruturas terciarias → dobramentos maiores e 
interações entre as estruturas secundárias 
diversas 
 Toda a informação de como uma proteína vai 
se dobrar está contida no DNA 
 Pontes di-sulfeto entre dois aminoácidos 
cisteínas 
 Algumas mutações nas proteínas podem trazer 
graves alterações nas células → pode matar as 
bactérias 
Mutantes bacterianos 
 Mutação = alteração na sequência de bases de 
um gene, sem adicionar novas informações no 
gene 
 Pode ser selecionáveis (resistência à droga) ou 
não 
o Se a bactéria torna-se resistente a uma 
droga é vantajoso 
Mutantes bioquímicos: 
 A maioria das bactérias mutantes possuem 
natureza bioquímica → são mutações que 
causam mudanças na natureza bioquímica 
 Os mutantes mais importantes são 
auxotróficos 
o Um organismo auxotrófico precisa de 
alguns nutrientes que a cepa selvagem 
(prototróficos) pode sintetizar para ela 
própria 
o Eles não crescem em meio mínimo, em 
oposição à linhagem original 
o Pototróficas → conseguem sintetizar o 
seu próprio aminoácidos, por exemplo 
o Assim, as mutações bioquímicas 
causam a deficiência ou inativação da 
capacidade da bactéria de sintetizar 
certas moléculas 
Mutantes de resistência: drogas, metais pesados, 
bacteriófagos → esses microrganismos adquirem 
resistências a agentes microbianos 
Processos de mutação bacteriana são raros, mas se 
acumulam ao longo dos processos de multiplicação 
populacional e portanto podem ser significativos 
Processos de mutação bacteriana dificilmente criam um 
gene novo com propriedade novas, apenas alteram as 
propriedades do produto de genes já existentes 
As mutações alteram genes que JÁ EXISTEM nas 
bactérias → pouca variabilidade 
A mutação deletéria resulta em morte da célula 
bacteriana: consequência? 
 A célula morre e não gera descendentes, mas 
se morre poucas células, não se tem tantas 
consequências 
 Ex: uma mutação em um códon que resulta em 
substituição de um aminoácido pode resultar 
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em alteração de forma da proteína ou até 
parada de tradução abrupta 
 
Mutações que não interfere no fitnes e na 
sobrevivência das bactérias podem continuar 
sendo transferidas para as descendentes daquela 
célula. Vai ser útil para célula? 
 As células vão se multiplicando defeituosas 
 Pode gerar populações de resistência 
 As mutações que possam trazer vantagens 
para uma bactéria seriam aquelas que alteram 
uma determinada proteína sem que ela 
comprometa demais a função da célula, mas 
ao mesmo tempo traga uma vantagem para ela 
 Ex: Resistência a droga por impermeabilidade 
ou alteração de alvo da droga 
 
Ex: a tetraciclina age na proteína ribossomal → se 
ocorre uma mutação que altera a forma do ribossomo, 
mas sem causar a sua perda, ocorre a perda da função 
desse ribossomo 
Bactérias mutantes ao sofrerem uma pressão severa 
como um antimicrobiano, só irão sobreviver se houver 
uma base genética de resistência para aquela droga 
 
 
 
 
Recombinação 
 Recombinação genética refere-se a troca de 
genes entre duas moléculas de DNA, para 
formar novas combinações de genes em um 
cromossomo 
 Processos de transferência de material 
genético bacteriano seguido de recombinação 
 Os eucariotos possuem processo de meiose 
para reduzir os diplóides para haplóides e a 
fertilização para retornar ao estado diplóide 
 Os processos sexuais bacterianos não ocorrem 
como nos eucariotos, porém eles servem para 
o mesmo objetivo → misturar os genes de dois 
organismos diferentes juntos 
Obs: Todo processo de recombinação bacteriana 
ocorre somente depois de acontecer um processo de 
transferência de material genético. Nem todo processo 
de transferência resulta em uma recombinação. 
Processos de transferência de material genético: 
1- Transformação: DNA livre é internalizado pela 
célula bacteriana do ambiente 
2- Conjugação: transferência direta do DNA de 
uma célula para outra 
3- Transdução: utilização de um bacteriófago para 
transferir DNA entre as células 
Transferência gênica vertical: ocorre quando os 
genes são passados de um organismo para os seus 
descendentes 
Transferência genética horizontal: ocorre quando a 
bactéria troca genes com outros micróbios da mesma 
geração 
Recombinação homóloga em bactéria 
 Necessidade de pareamento de nucleotídeos 
(pelo menos 30) por homologia em duas 
regiões do fragmento de DNA e do 
cromossomo bacteriano 
 Por algum motivo um DNA entrou na célula → 
qual o seu destino após entrar na bactéria? 
 A bactéria não consegue diferenciar a origem 
do DNA em termo de constituição (bases 
nitrogenadas, ligações) 
Quem determinada a proximidade do DNA para o da 
bactéria é a sequência dos nucleotídeos ➔ essa 
sequência vai encontrar ou não na célula hospedeira 
homologia (sequências similares) 
 
 
 
 
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Se o DNA não houver a homologia necessária, após a 
multiplicação bacteriana nenhuma célula vai conter o 
DNA estranho. 
 O DNA estranho não é duplicado, sendo 
degradado e reciclado 
 Os descendentes não terão o DNA 
Porém, se o DNA exógeno tiver a homologia 
necessária, o processo de recombinação ocorrerá 
 Homologia = semelhança entre os DNAs 
 Semelhança de 20 a 40 nucleotídeos 
 Vai encontrar uma sequência idêntica no 
material da bactéria 
 As fitas de DNA podem se dissociar e parear 
com a outra fita exógena → processo 
transitório 
 Proteína rec A → identifica o pareamento 
transitório das fitas, estabilizando esse 
processo → ocorre o recrutamento de 
endonucleases que irão quebrar o DNA 
próprio e ligar a fita estranha 
 Para a recombinação ter sucesso a fita precisa 
ser fechada 
1° evento: pareamento de fitas homólogas, com a 
quebra das fitas de DNA cromossomal e religação da 
fita exógena 
 
2° evento: vai acontecer na região de homologia do 
outro lado da sequência exógena 
 
O novo material genético que não precisa ter homologia 
com cromossoma é incorporado na fita de DNA 
cromossomal 
 A partir dessa recombinação ocorre a 
transmissão para os descendentes 
Processos de transferência: 
Transformação 
 Importante processo do ponto vista de trabalho 
com DNA recombinante 
 Foi usado para provar que o princípio 
transformante é o DNA 
 Se o DNA incorporado for eucarioto, 
dificilmente ele vai encontrar homologia para 
sofrer recombinação 
 Os genes são transferidos de uma bactéria 
para outra como DNA nu em solução 
No caso de E. coli, as células são preparadas para se 
tornarem competentes para serem transformadas 
através do tratamento com cálcio e choque térmico. As 
células de E. coli nessa condição podem 
internalizarprontamente o DNA que está a sua volta 
e eventualmente incorporar no seu genoma. 
 
 
 Algumas bactérias após a morte ou lise celular, 
liberam seu DNA no ambiente → algumas 
bactérias podem pegar esse DNA e adicionar 
ao seu genoma 
 Quando uma célula receptora está em um 
estado fisiológico em que pode captar o DNA 
doador, é descrito como competente 
Conjugação 
 É o mais próximo do processo sexual das 
células eucarióticas 
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 A habilidade de conjugar é conferida pelo 
plasmídeo F 
 As células bacterianas que contém um 
plasmídeo F são chamadas de F+ e as que 
não possuem de F- 
 F+ possuem o “Pillus sexual” 
 Quando uma célula F+ encontra uma F- elas 
se unem através do pillus e uma cópia do 
plasmídeo F é transferido para a célula F- → 
agora ambas serão F+ 
 Por si só, a conjugação promove um aumento 
da variabilidade 
 Requer o contato direto célula-célula 
 As células doadoras devem transportar o 
plasmídeo e as células receptoras não 
 Transferência de uma cópia do filamento 
simples do DNA do plasmídeo para o receptor, 
onde o filamento complementar é sintetizado 
 
Conjugação Hfr 
 Alta frequência de recombinação 
 Quando livre, o plasmídeo F só transfere a si 
mesmo. Isto não é muito útil do ponto de vista 
genético 
 Algumas vezes o plasmídeo F pode se 
incorporar ao cromossomo através de uma 
recombinação 
 A bactéria passa a ser chamada de HFR que 
quer dizer alta frequência de recombinação 
 Bactérias HFR conjugam como as F+, mas 
elas levam uma parte do cromossoma para 
a célula F- 
 Plasmídeo conjugativo 
 A bactéria que recebe uma parte do 
cromossoma pode adquirir novas versões 
 No entanto, ela permanece como F-, pois não 
recebeu o fator F completo 
 
Transdução 
 É o processo de transferência de DNA de uma 
célula para outra usando um bacteriófago 
 Bacteriófagos são vírus bacterianos. Eles 
consistem de um pequeno DNA dentro de um 
capsídeo proteico. A capsula proteica se liga à 
superfície bacteriana e injeta seu material 
genético para dentro da célula bacteriana 
 O DNA viral assume o controle do metabolismo 
bacteriano e produz muitas partículas virais 
Pode ser de dois tipos: 
 Generalizada: qualquer pedaço do genoma 
bacteriano pode ser transferido 
 Especializada: só pedaços específicos do 
cromossoma são transferidos 
Vírus temperados: ciclo lítico (a célula morre liberando 
as células) e ciclo lisogênico) 
Ciclo lítico do fago 
1. A fago adere e injeta seu DNA na célula 
bacteriana 
2. O DNA do fago se replica → é transcrito em 
RNA → traduzido em proteínas do fado 
3. Novas partículas são montadas 
4. A célula é lisada liberando cerca de 200 
partículas virais 
5. Tempo total = 15 minutos 
 
É possível que algumas proteínas encontram o DNA 
bacteriano que está se integrando e que é do tamanho 
do DNA viral → ocorre formação de uma partícula 
viral com o DNA bacteriano 
 
Transdução especializada 
 Alguns fagos conseguem transferir somente 
alguns genes específicos para outras bactérias 
 Primeiro o fago se integra no genoma do 
hospedeiro em regiões específicas = ciclo 
lisogênico. E assim permanece enquanto as 
condições são apropriadas 
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 Em condições de estresse ambiental o fago se 
desintegra do genoma bacteriano, 
reassumindo o ciclo lítico do bacteriófago 
 
 
 
 
 
 
 
 
Na saída do cromossomo, os vírus carregam pedaços 
da bactéria → todas as partículas virais formadas 
carregam consigo pedaços de DNA bacteriano → 
esses vírus podem infectar outras bactérias carregado 
esse material genético para dentro delas 
Forma mais frequente de transferência horizontal de 
genes entre as bactérias