Genética bacteriana. Prof. Adj. Ary Fernandes Junior Departamento de Microbiologia e Imunologia IBB/UNESP

Transcrição

1 Genética bacteriana Prof. Adj. Ary Fernandes Junior Departamento de Microbiologia e Imunologia IBB/UNESP ary@ibb.unesp.br

2 Genes pertencentes a uma determinada célula de um organismo podem ser inseridos e expressos em células de outro organismo. Células geneticamente modificadas podem ser utilizadas para produzir uma grande variedade de produtos úteis.

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4 Replicação do DNA

5 Replicação bidirecional de uma molécula circular de DNA bacteriano

6 Bactérias: Onde encontramos genes????????? DNA Bacteriano, Plasmídios Replicons DNA Fágico Transposons

7 Variações Temporárias (Sem alterações no genoma) (Alterações Fenotípicas) Morfológicas -Serratia marcescens: 37º C sem pigmento; 25º C vermelhas, -Bacillus sphaericus: 2% peptona (células vegetativas) 0,1% peptona (esporos) - Azomonas x sacarose x cápsula Fisiológicas - Produção de beta galactosidase quando tem lactose no meio (regulação gênica)

8 Variações Permanentes Com alterações no genoma) (Alterações genotípicas) Mutação e Recombinação Genética DNA externo = DNA Exogenoto -Transformação; - Conjugação; - Transdução

9 Plasmídeos Ilhas de patogenicidade Outras E. coli -APEC -NMEC, -STEC, etc (ETEC Enterotoxigênica E. coli) E. coli comensal (UPEC-Uropatogênica E. coli) (EPEC Enteropatogênica E. coli) (EIEC Enteroinvasiva E. coli) Ahmed ety al. Nature Reviews Microbiology 6, (May 2008) (EHEC Enterohemorrágica E. coli) (atualmente já se fala em STEC) A absorção de elementos genéticos móveis (fagos, plasmídeos de virulência, ilhas de patogenicidade), e perda de porções de DNA-cromossômico em linhagens distintas de E. coli, possibilitou surgimento de clones de diferentes patotipos de E. coli associados a sintomas de doenças específicas. LEE - locus of enterocyte effacement; PAIs - pathogenicity island; peaf - enteropathogenic E. coli adhesion factor plasmid; pent- enterotoxin-encoding plasmids; Stx - Shiga-toxin-encoding bacteriophage.

10 Variação permanente resultante de Mutação tempo 1. População de uma bactéria em processo de multiplicação minutos, horas, dias, meses 2. Processo de crescimento e divisão produzem naturalmente células mutantes 5. Os mutantes continuam com o crescimento na presença do antimicrobiano e iniciam dispersão pelo ambiente Pressão seletiva 4. Células são mortas ou impedidas de multiplicação pela antimicrobiano com exceção dos mutantes resistentes ao antimicrobiano específico. Células são expostas a um composto antimicrobiano 3. População continua multiplicação, e originando ocasionalmente, mais células mutantes

11 Variação permanente resultante de Mutação Mutação cria variação Mutação desfavorável é selecionada contra Ocorre reprodução e mutação Com a mutação favorável é provável que o mutante sobreviva......e se reproduza

12 Variação permanente resultante de Recombinação Genética 1. Duas populações bacterianas A e B crescem em um mesmo ambiente. A espécie B é resistente a droga X. 2. Troca de DNA (elementos genéticos móveis) ocorre entre células em baixa frequência. Pressão seletiva 4. Na presença da droga X, as células da espécie A que receberam gen da resistência da espécie B são capazes de multiplicar-se enquanto que as células originalmente sensíveis não multiplicamse. Bactérias são expostas a droga X. 3. Células da espécie A recebem o gen de resistência a droga X, presente no elemento genético móvel da espécie B.

13 MUTAÇÃO Alteração brusca no material genético Alteração hereditária em uma sequência de bases do DNA Mutante Natural (10-6 a ) Adquirida ou Induzida (Agentes Físicos e Químicos)

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15 Variação S (Smooth) R (Rough) em Klebsiella pneumoniae por mutação Klebsiella pneumoniae (Aspecto mucóide (molhado) de colônias) Variação S R

16 Resistência à drogas antimicrobianas por mutação (Tipo Cromossômica) Modelo um passo ( one step ) (apenas um gen envolvido) ex. estreptomicina Modelo vários passos ( multi step ) (vários genes envolvidos) ex. penicilina

17 RECOMBINAÇÃO GENÉTICA: Doadora Receptora Moléculas distintas de DNA são combinadas numa mesma molécula, graças a um processo físico de quebra e ligação destas moléculas DNA externo = DNA Exogenoto Destinos possíveis (??????)

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19 TRANSFORMAÇÃO (Griffith-1928) (Reversão Pneumocócica (R S) (Rough Smooth)

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21 Incorporação de DNA solúvel (Lise ou Liberação Espontânea) (Plasmídeos são passíveis de transferência também)

22 Condições para ocorrer a transformação DNA homólogo, Dupla fita e PM elevado (10 5 a 10 7 ), Meio sem DNAase Bactéria Receptora em Estado de Competência Fisiológica (DNA solúvel, Qualquer momento, Determinado estágio do ciclo celular, Condições Especiais)

23 Transformação

24 CONJUGAÇÃO (Tatum e Lederberg E.coli) Transferência através de comunicação entre as duas bactérias (Unidirecional) Pili (Gram negativa) Ponte de conjugação (Gram positiva)

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26 Conjugação de Gram negativa

27 Conjugação de Gram positiva Doadora Receptora Adaptado de Murray, B.E. (1998) Enterococcus faecalis pheromone-responsive conjugative system. Pheromone A released from the potential recipient cell (right) interacts with plasmid A in the potential donor cell (left) to induce synthesis of aggregation substance. Attachment of aggregation substance to binding substance causes the cells to clump into visible aggregates. Once the pheromone-responsive plasmid A has transferred from donor to recipient cell, synthesis of pheromone A is shut off.

28 Processo mediado por Plasmídeos (Ex. Plasmídeo R=Resistência à drogas, F=Fertilidadede, Virulência, Metabólico, Col, Críptico, etc) Obs. DNA cromossômico também pode ser transferido durante a conjugação.

29 Plasmídeo R = Plasmídeo tipo conjugativo Obs. Possivel perda do fator de resistência ( Cura ) (Repiques frequentes, uso de substâncias químicas, etc)

30 TRANSDUÇÃO ( Zinder e Lederberg ) Transferência (DNA bacteriano e Plasmídios) ocorre por meio de um vírus (Bacteriófago) Um fago infecta a célula bacteriana doadora O DNA e proteínas do fago são produzidos, e o DNA bacteriano quebrado em fragmentos. Ocasionalmente, durante a montagem do fago, fragmentos do DNA bacteriano são empacotados no capsídeo do fago. Então a célula doadora é lisada e as partículas de fago são liberados. Um fago carreando o DNA bacteriano infecta a nova célula hospedeira, a célula receptora. A recombinação pode ocorrer, produzindo uma célula recombinante com um genótipo diferente da célula doadora e da célula receptora.

31 Ciclo Lítico (vírus virulento) Ciclo Lisogênico (vírus temperado)

32 Transposon Genes Saltadores, Elementos Móveis ou Jumping genes Codificam Resistência a Drogas, Síntese de Toxinas e Enzimas Degradantes. Encontrados tanto em DNA cromossômico como em Plasmídios Tem sequência (de Inserção) que codifica enzima Transposase (Transposição ) Interfere com sequência linear do gene Mutação, Inativação ou Quebra;

33 Regulação da Expressão Gênica Evitar síntese desnecessária de metabólitos, desperdício energético, acúmulo intracelular de metabólitos tóxicos. Interação entre DNA e Proteínas Reguladoras Regulam síntese de RNAm e Atividade de enzimas específicas (Ex. Operon Lac em E.coli ( Operon indutível); Operon Trp de E. coli (Operon repressível)

34 Operon Lac de E. coli (Operon indutível)

35 Operon Lac de E. coli (Operon indutível)

36 Operon Lac de E. coli (Operon indutível)

37 Operon Trp de E. coli (Operon repressível)

38 Operon Trp de E. coli (Operon repressível)

39 Operon Trp de E. coli (Operon repressível)