UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA DEPARTAMENTO DE PARASITOLOGIA, MICROBIOLOGIA E IMUNOLOGIA

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA DEPARTAMENTO DE PARASITOLOGIA, MICROBIOLOGIA E IMUNOLOGIA Genética Bacteriana Disciplina: Biologia de Microrganismos Professora: Alessandra Machado

2 Genética Bacteriana As bactérias possuem material genético que é transmitido aos descendentes no momento da divisão celular. Este material genético não está contido dentro de um núcleo, portanto o genoma destes microrganismos está disperso no citoplasma. ORGANIZAÇÃO DO GENOMA BACTERIANO O genoma bacteriano está condensado e organizado em uma estrutura denominada NUCLEÓIDE.

3 A informação genética pode ser utilizada de duas formas

4 DNA Componentes do DNA

5 Purinas Adenina Guanina Pirimidinas Timina Citosina Bases nitrogenadas

6 Ligação glicosídica entre átomo C1 do açúcar e átomo N das bases

7 Ligação fosfodiéster Estrutura química do DNA fita simples

8 Ligações de hidrogênio Ligações de hidrogênio Ligações de hidrogênio Estrutura química do DNA fita dupla

9

10 Antiparalelas Complementares

11 Cromossomo Bacteriano Cromossomo: elemento genético que carreia os genes essenciais à função celular. Gene: unidade de hereditariedade, um segmento de DNA que especifica uma proteína ou um RNA.

12 Cromossomo bacteriano Molécula de DNA dupla fita circular; Disperso no citoplasma; Todas as informações essenciais para a sobrevivência da célula; Possui apenas uma cópia de seu cromossomo, sendo portanto haploides.

13 Elemento genético extracromossomal Moléculas de DNA dupla fita Circulares; Menores que os cromossomos; Auto-duplicam (independentemente do cromossomo); Muitas bactérias (Gram positivas e Gram negativas) Carregam informação genética não essencial a célula, mas podem prover uma vantagem seletiva. Ex.: genes de resistência a antibióticos, toxinas.

14 Elementos celulares envolvidos na genética bacteriana

15 DNA móvel: elementos transponíveis Transposons São elementos que mudam de posição dentro do genoma. Podem estar presentes no cromosssomo ou no plasmídeo. Também chamados de genes saltadores. Podem afetar a expressão de outros genes. Não se auto-duplicam. Molécula de DNA dupla fita com extremidades repetidas e invertidas;

16 Transposons Genes de transposição Ex: gene de resistência a um antibiótico Podem afetar a expressão de outros genes (rearranjo cromossomal)

17 Variabilidade genética -Evolução e adaptação Alterações Genotípicas: Alterações na sequência dos pares de bases. Através dos processos de mutação e mecanismos de recombinação.

18 1. Mutação: alteração na sequência de bases do DNA sem aquisição de genes de outro microrganismo. 2. Recombinação genética: alteração no genótipo que ocorre pela aquisição de material genético de outro microrganismo.

19 MUTAÇÃO RECOMBINAÇÃO Processo vertical; Ocorre durante a replicação do cromossomo bacteriano Processo horizontal; Ocorre durante os processos de transformação, transdução ou conjugação

20 1. Mutação Geralmente resultante de deleção, inserção ou substituição de um ou mais nucleotídeos. Esta alteração genética pode modificar o produto (proteína). As mutações podem ser neutras ou silenciosoas, desvantajosas ou benéficas. Erro que ocorre durante a replicação do material genético que pode ser espontâneo ou induzido.

21 1. Mutação Espontânea Ocorre naturalmente sem a adição de um agente mutagênico específico, geralmente decorrente de erros cometidos pela DNA polimerase (enzima que sintetiza DNA durante a replicação). Induzida Resultado da exposição do microrganismo a um agente mutagênico que é capaz de introduzir danos ou alterações no DNA. *físico radiações UV *químico nitrosoguanidina, óxido nitroso

22 1. Mutação Pontual: envolve um único par de bases. Mutação por inserção: ganho de pares de bases. Mutação por deleção: perda de pares de bases.

23

24 2. Recombinação genética Requer transferência de material genético de uma bactéria para outra (transferência horizontal de genes).

25 Embora as mutações sejam responsáveis pela expressão de várias novas características por uma célula, muitos fenótipos procarióticos são decorrentes da aquisição de novos fragmentos de DNA, por meio de processos de transferência horizontal de genes. Mecanismos de recombinação genética bacteriana Transformação Conjugação Transdução

26 Transformação Incorporação de DNA livre, geralmente decorrente da lise celular Algumas bactérias são naturalmente transformáveis (competentes). Na natureza, o processo ocorre quando uma célula sofre lise, liberando seu DNA. Este, por ser de grande tamanho tende a sofrer quebras, originando centenas fragmentos pequenos. Como uma célula absorve poucos fragmentos, apenas uma pequena proporção de genes podem ser transferidos.

27 Transformação

28 Transformação: o Frederick Griffith: Streptococcus pneumoniae o 4 experimentos: Com cápsula: patogênica Sem cápsula: não patogênica S. pneumoniae capsuladas vivas em camundongos vivos ->Camundongos morreram! S. pneumoniae sem cápsula vivas em camundongos vivos ->Camundongos não morreram! S. pneumoniae capsuladas mortas em camundongos vivos -> Camundongos não morreram! S. pneumoniae sem cápsula vivas e S. pneumoniae capsuladas mortas em camundongos vivos.?????

29 As bactérias não-encapsuladas vivas absorveram material genético das encapsuladas mortas pelo calor e passaram a produzir cápsula, o que lhes conferiu a capacidade de causar doença. As bactérias não-encapsuladas foram transformadas em encapsuladas.

30 Conjugação Processo de transferência de DNA de uma bactéria para outra que envolve o contato entre as duas células.

31 Célula F-: célula não portadora do plasmídeo F Conjugação A conjugação está associada à presença de plasmídeos F. Estes plasmídeos contêm genes que permitem a transferência do DNA plasmidial de uma célula para outra. Célula F+: célula portadora do plasmídeo F

32 Conjugação Etapas da conjugação - Formação de pares específicos - Conexão celular - Mobilização do fator F - Transferência do fator F Eventualmente, os plasmídeos podem ser integrados no cromossomo. As células apresentando tais plasmídeos integrados são denominadas Hfr. Quando integrados, esses plasmídeos podem mobilizar a transferência de genes cromossomais também.

33 Transdução Transferência de material genético mediada por vírus (bacteriófagos). Pode ser transdução generalizada (qualquer fragmento de DNA) ou especializada (genes específicos).

34 Bacteriófago Cromossomo de E. coli Célula de Escherichia coli Forma circular do cromossomo do fago Ciclo lítico Ciclo lisogênico Replicação Recombinação sítio-específica Profago Montagem Lise

35 Transdução generalizada Requer ciclo lítico adsorção, penetração, replicação, montagem e liberação - pode haver o empacotamento de fragmentos de DNA da célula hospedeira, gerando partículas denominadas partículas transdutoras, que correspondem ao capsídeo viral contendo em seu interior DNA bacteriano. Empacotamento acidental

36 Transdução especializada A etapa inicial corresponde à infecção e lisogenização do fago, que ocorre em sítios específicos do genoma. Pela ação de algum indutor (ex: UV) há a separação do fago do genoma, que normalmente ocorre perfeitamente. Entretanto, em alguns casos, essa separação é defeituosa, promovendo a remoção de genes bacterianos e deixando parte do genoma viral na célula. Alta frequência de transferência

37 Mecanismos de recombinação genética bacteriana

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